變壓器有載分接開關機械故障診斷方法與流程
2024-04-03 21:50:05
本發明屬於變壓器高壓試驗技術領域，尤其是一種變壓器有載分接開關機械故障診斷方法。
背景技術：
有載分接開關是一種為變壓器在負載變化時提供恆定電壓的開關設備，是變壓器中唯一頻繁操作的機械與電氣結合一體的設備。隨著調壓次數的增多，有載分接開關的機械故障和電氣故障也相應增加，很容易出現燒毀造成變壓器停電事故。據有關統計，有載分接開關的機械故障佔總故障數量的90％以上。目前，對有載分接開關機械故障的診斷方法主要是停電檢修。當有載分接開關運行一定年限或調壓次數較多時，需要將有載分接開關的切換芯子從變壓器中取出進行檢修維護，檢查切換機構和組部件的機械狀態是否良好。有載分接開關的停電檢修往往周期較長，難以及時發現早期的機械故障，經常在停電檢修前即發生故障損壞，並且停電檢修影響變壓器正常運行，需要耗費大量人力、物力和財力。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種變壓器有載分接開關機械故障診斷方法，解決停電檢修存在的檢測周期長、浪費人力財力等問題。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的：
一種變壓器有載分接開關機械故障診斷方法，包括以下步驟：
步驟1、將振動檢測探頭貼敷於有載分接開關的箱壁上，捕獲分接開關操作過程中產生的振動信號；
步驟2、通過小波包分析技術對振動信號進行能量頻帶分解，提取信號的頻譜特徵，從而構成狀態特徵向量，然後通過信號採集和存儲形成特徵向量庫；
步驟3、利用歐幾裡德距離函數分析特徵向量的變化趨勢，對有載分接開關的機械狀態進行診斷和評估。
所述步驟2的具體實現方法為：
對振動信號進行j層小波包分解，得到2j個頻率段，定義在某一特定頻率段的小波能量為該段小波係數的平方和Em：
得到總能量Etot的表達式為：
定義某頻段的相對小波包能量pm：
定義相對小波包能量特徵向量Ki：
上式中，m＝0,1，……，2j-1，
最後根據特徵向量建立特徵向量庫。
所述步驟3的具體實現方法為：
採用待監測的特徵向量KT與標準特徵向量庫中特徵向量Ki的距離d(KT，Ki)作為模式判別的依據，如果：
d(KT,Ki)＝min{d(KT,Ki),...,d(KT,Kn)}
則將待監測向量的狀態歸入正常狀態，採用如下歐幾裡德距離函數計算距離：
式中，j為小波包分解的層數；
在狀態檢測過程中，取如下兩組數據：一組是待檢測時刻的變壓器有載分接開關振動數據，用來建立測試資料庫，另一組是變壓器有載分接開關正常工作時的振動數據，用來建立標準資料庫；當歐幾裡德距離小於某一閾值時，表明測試資料庫中特徵向量和標準資料庫中的特徵向量表徵同一狀態，為正常工作狀態，當距離大於某一閾值時，表明該時刻有載分接開關可能出現機械故障。
本發明的優點和積極效果是：
本發明將振動檢測探頭貼敷於有載分接開關的箱壁上，捕獲分接開關操作過程中產生的振動信號，通過數據處理，提取振動信號中的特徵量，並與歷時數據進行比對，判斷是否出現故障以及故障發展趨勢，本發明不需要變壓器停電，也不需要將切換芯子從變壓器中取出，節約了檢修成本，提高了檢測效率，可以及時有效的發現早期機械故障，避免故障嚴重化。
具體實施方式
以下結合一個實施例對本發明做進一步詳述：
一種變壓器有載分接開關機械故障診斷方法的設計原理為：由於在有載分接開關出現機械故障後，其分接轉換過程的振動特性將會有明顯的改變，主要表現在不同頻率段的振動信號具有不同的衰減或增強現象，因此，首先通過小波包分析技術對振動信號進行能量頻帶分解，提取信號的頻譜特徵，從而構成狀態特徵向量，然後通過信號採集和存儲形成特徵向量庫，分析特徵向量的變化趨勢即可對有載分接開關的機械狀態進行診斷和評估。
本發明變壓器有載分接開關機械故障診斷方法包括以下步驟：
步驟1、將振動檢測探頭貼敷於有載分接開關的箱壁上，捕獲分接開關操作過程中產生的振動信號。
步驟2、通過小波包分析技術對振動信號進行能量頻帶分解，提取信號的頻譜特徵，從而構成狀態特徵向量，然後通過信號採集和存儲形成特徵向量庫。
在本步驟中，通過對振動信號進行j層小波包分解，可以得到2j個頻率段，定義在某一特定頻率段的小波能量為該段小波係數的平方和：
由此可得到總能量的表達式為：
定義某頻段的相對小波包能量：
定義相對小波包能量特徵向量：
根據特徵數據得到表徵其狀態的特徵向量之後，就可以建立特徵向量庫了。特徵向量庫具有開放性，而且隨著檢測數據的增加而增加。
步驟3、利用歐幾裡德距離函數分析特徵向量的變化趨勢，即可對有載分接開關的機械狀態進行診斷和評估。
在特徵向量庫建立以後，就可以進行模式識別的工作了。採用待監測的特徵向量KT與標準特徵向量庫中特徵向量Ki的距離d(KT，Ki)作為模式判別的依據。若
d(KT,Ki)＝min{d(KT,Ki),...,d(KT,Kn)}(5)
也就是說KT與Ki最接近，則把待監測向量的狀態歸入正常狀態。距離的計算採用最常見的歐幾裡德距離函數，計算公式為：
式中，j為小波包分解的層數。在狀態檢測中，一般取兩組數據，一組是待檢測時刻的變壓器有載分接開關振動數據，用來建立測試資料庫，一組是變壓器有載分接開關正常工作時的振動數據，用來建立標準資料庫。
當距離矩陣中的歐幾裡德距離小於某一閾值時，表明測試資料庫中特徵向量和標準資料庫中的特徵向量表徵同一狀態，為正常工作狀態，因此歐幾裡德距離越小越好；當距離大於某一閾值時，表明該時刻有載分接開關可能出現機械故障，可作為故障判斷的依據。
需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明包括並不限於具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。