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技術(shù)路線

系統(tǒng)組成

變壓器在線監(jiān)測(cè)--變壓器聲紋振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最多可同時(shí)監(jiān)測(cè)6路聲紋振動(dòng)信號(hào)，其系統(tǒng)框圖如下圖所示：

變壓器聲紋/振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由壓電式聲紋傳感器、信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)模塊、同步采樣 A/D 轉(zhuǎn)換器、主控模塊組成。

壓電式聲紋振動(dòng)傳感器主要把變壓器外殼上的聲紋振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)；信號(hào)調(diào)理模塊為振動(dòng)傳感器提供恒定電流，使傳感器正常工作，同時(shí)隔離傳感器輸出信號(hào)中的直流分量；觸發(fā)模塊根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)設(shè)定振動(dòng)信號(hào)采集的閥值；多通道同步 A/D 轉(zhuǎn)換器完成 IED 中各通道振動(dòng)信號(hào)的同步數(shù)字轉(zhuǎn)換；主控模塊完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析，并將分析結(jié)果以 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)格式送出；光纖/以太網(wǎng)接口為標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，完成振動(dòng)監(jiān)測(cè) IED 與其他系統(tǒng)的通訊連接。

技術(shù)參數(shù)

l 靈敏度(@250 Hz)：11.2mV/Pa (-39 dB re 1V/Pa)

l 頻率響應(yīng)：20 Hz ~ 10 kHz

10 kHz ~ 20 kHz

l 動(dòng)態(tài)范圍：29 dBA ~ 140 dB

l 安裝方式：永磁體吸附安裝或者膠粘安裝或支架安裝

l 供電：220V AC

l 外型尺寸：1U機(jī)箱

l 具備相關(guān)故障和缺陷的特征指紋以及指紋分析技術(shù)

系統(tǒng)功能特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

01、聲紋振動(dòng)監(jiān)測(cè)，設(shè)備狀態(tài)全面感知

方案采用聲紋振動(dòng)監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的感知，全面捕捉變壓器內(nèi)部瞬變的突發(fā)性故障和緩慢發(fā)展的潛伏性故障。

02、合理設(shè)置告警規(guī)則， 杜絕漏報(bào)、誤報(bào)

方案采用有效算法進(jìn)行振動(dòng)異常識(shí)別的同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)置告警規(guī)則，可以最大限度地杜絕漏報(bào)警、誤報(bào)警現(xiàn)象的發(fā)生。

03、信息集成共享程度高， 數(shù)據(jù)應(yīng)用效率高

通訊采用4G（兼容5G網(wǎng)絡(luò)）移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， 同時(shí)具備以太網(wǎng)通訊接口。

04、模塊化采集、靈活配置、擴(kuò)展性高

方案采用模塊采集方案，可靈活配置調(diào)整通道數(shù)量，適用多種應(yīng)用場(chǎng)合。且機(jī)柜整體體積小，重量輕，便攜輕便；柜體都內(nèi)置減震器，保證了內(nèi)部設(shè)備的穩(wěn)定性和抗沖擊能力。

05、傳感器安裝方便，無(wú)需設(shè)備停電

傳感器全部采用快速安裝方式，比如磁吸附方式和開(kāi)口式互感器方式。

04、故障診斷原理

一般而言，變壓器的聲音在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生顯著變化，可認(rèn)為是準(zhǔn)平穩(wěn)信號(hào)。典型運(yùn)行缺陷下，對(duì)比正常情況，變壓器頻譜分布特性發(fā)生顯著改變。從聲譜圖中提取能夠反映變壓器運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵特征參數(shù)，并據(jù)此對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1變壓器運(yùn)行狀態(tài)的確定

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究積累，我們積累了能夠?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)行狀態(tài)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷的多個(gè)核心特征，該聲紋特征參數(shù)對(duì)于變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)效果較好，不同聲紋特征參數(shù)均在一定程度上反映了變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，因此，聲紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合上述參數(shù)對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

05、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例與效果

5.1直流偏磁檢測(cè)預(yù)警

某變電站主變振動(dòng)幅值隨時(shí)間變化過(guò)程呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律間歇增大特性，正常情況下最大振動(dòng)幅值約為5m/s2，異常情況下最大振動(dòng)幅值可達(dá)13m/s2，約為正常條件下的2.6倍。與振動(dòng)變化過(guò)程同步，變壓器聲壓級(jí)呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，正常情況下變壓器聲壓級(jí)為69.5dB(A)，異常情況下聲壓級(jí)最大值為80.2 dB(A)，聲壓級(jí)顯著增大。

△ 35min內(nèi)振動(dòng)幅值隨時(shí)間變化過(guò)程

△ 35min內(nèi)聲壓級(jí)幅值隨時(shí)間變化過(guò)程

△ 正常與異常頻譜對(duì)比

5.2冷卻風(fēng)機(jī)異常缺陷

對(duì)某變電站SFZ7-20000/110型110kV油浸式變壓器進(jìn)行噪聲檢測(cè)。特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，主變聲壓級(jí)達(dá)到70.7dB(A)，奇偶次諧波比特征值為0.096，高頻能量比重達(dá)到0.6，頻譜復(fù)雜度為2.16。

按照聲紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)診斷方法，該主變奇偶次諧波比、頻譜復(fù)雜度特征均正常，聲壓級(jí)與高頻能量比重偏高，診斷結(jié)果為冷卻裝置老化。

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明，該設(shè)備運(yùn)行時(shí)間超過(guò)27年，冷卻裝置老化、軸承磨損嚴(yán)重，冷卻裝置噪聲超過(guò)主變本體噪聲，導(dǎo)致主變?cè)肼曪@著增大。按照類似診斷方法，對(duì)多臺(tái)主變進(jìn)行聲紋檢測(cè)，能過(guò)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)冷卻設(shè)備老化問(wèn)題。

△ 某110kV主變冷卻風(fēng)機(jī)老化圖譜

5.3開(kāi)關(guān)柜松動(dòng)缺陷

某110kV變電站主變320開(kāi)關(guān)柜，型號(hào)：KYN28A-127，額定電壓：12kV；額定電流：3000A。負(fù)載電流值約為1360A，開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行噪聲與振動(dòng)正常；負(fù)載電流增大至2396A，開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)異常噪聲與振動(dòng)。

△ 某10kV 開(kāi)關(guān)柜正常與異常譜圖對(duì)比

診斷結(jié)論：穿屏套管隔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷。

穿屏套管隔板內(nèi)部因感應(yīng)渦流而與三相母排產(chǎn)生相互作用的電動(dòng)力，隨著負(fù)載電流的顯著上升， 電流中諧波產(chǎn)生的作用力逐漸明顯，且與開(kāi)關(guān)柜本身固有頻率接近，因而產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)共振現(xiàn)象。診斷結(jié)論與聲源定位測(cè)試結(jié)果及廠家停電檢修結(jié)論一致。利用該技術(shù)，后續(xù)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜該類型缺陷多起，為迎峰度夏期間開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行提供了新的保障技術(shù)手段。

5.4開(kāi)關(guān)柜懸浮放電缺陷

利用聲紋檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)某10kV開(kāi)關(guān)柜高頻能量比特征參數(shù)顯著增大，判斷該開(kāi)關(guān)柜存在放電缺陷，后經(jīng)停電檢修發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜母排互感器斷線，對(duì)地產(chǎn)生懸浮放電，柜內(nèi)存在電弧灼燒痕跡，驗(yàn)證了聲紋檢測(cè)結(jié)論。

5.5線路TV異響缺陷檢測(cè)

利用聲紋檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)某500kV新投運(yùn)變電站線路TV存在明顯異響，噪聲頻率在20kHz 范圍內(nèi)均勻分布，懷疑存在內(nèi)部放電缺陷，經(jīng)廠家檢測(cè)分析證實(shí)該TV內(nèi)部存在設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致電場(chǎng)分布不均勻，進(jìn)而引起異響。

5.6水力發(fā)電機(jī)組定子放電缺陷

某水電廠安裝有3臺(tái)三相凸極同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)SF80-60/10400。設(shè)備巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1號(hào)發(fā)電機(jī)存在異常的噪聲，與同類型的2、3號(hào)機(jī)組存在明顯差異。通過(guò)聲紋檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)定子頂部某測(cè)點(diǎn)異常噪聲最為顯著。通過(guò)聲紋分析發(fā)現(xiàn)明顯的放電聲信號(hào)。