技了Ｉｃ专题・分接开关机械性能监测（一） 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 分接开关机械性能监测（一） 张德明 上海华明电力设备制造有限公司 摘要： 阐明分接开关机械性能监测重要性，介绍了分接开关机械性能监测包括转动力矩监测、驱动电动机电流 监测、振动信号或噪声信号的监测和触头动作顺序的监测等的内容及触头变换程序的直流检示和交流检示的特点 与应用场合。 关键词：分接开关机械性能监测 Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａｐ－－—ｃｈａｎｇｅｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｚｈａｎｇ Ｄｅｍｉｎｇ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｕａｍｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔａｐ—ｃｈａｎｇｅｒ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏ－ ｒｉｎｇ ｏｆ ｔａｐ—ｃｈａｎｇｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ，ｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｉｇｎａｌ ｏｒ ｙａｗｐ Ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ａｃｔｉｏｎ ｓｅ・ ｑｕｅｎｅｅ．ｅｃｔ．ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｃ＆ａｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｍ ｏｆ ＯＬＴＣ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔａｐ ｃｈａｎｇｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 分接开关是变压器完成调压的核心部件。变压 进行测量。它可采用间接法、扭转计法、示波法和电 器是静态的变电设备，而分接开关由于调压的需要， 流法等方法测量。采用间接法测量转动力矩时，将 是变压器中唯一频繁操作的机械与电气结合一体的 弹簧秤钩住电动机构手柄并按与柄臂垂直方向加 设备。随着调压次数的增多，其操作不良和故障率 力，用测量的力Ｐ乘以臂长￡，计算出转动力矩Ｍ＝ 也会相应增加，运行的风险特别大。机械故障是电 ＰＬ；扭转计法测量转动力矩，就是采用可调式公斤 力变压器分接开关的主要故障类型。它可能损坏分 扳手来测量转动力矩，公斤扳手所显示的数值就是 接开关和电力变压器本身，影响电力设备和系统的 转动力矩的测量值；示波法测量转动力矩就是采用 正常、安全运行，造成严重后果。因此，对分接开关 扭矩测量仪，把所测转动力矩值化为电量，用示波记 运行中的机械性能进行监测，以预知其故障的可能 录下来，这种测量方法能准确反映出分接开关触头 性并判别故障的类型，对电力系统安全运行意义重 动作瞬间的转矩变化状况，并能记录出现的最大转 大，并具有良好的应用前景。 矩值及其相应的位置；电流法测量转动力矩，就是测 分接开关机械性能的监测技术起步于２０世纪 量电动机构中电动机定子电流，间接换算为分接开 ９０年代，目前仍在发展中。国内、外通用的分接开 关转矩测量值。 关机械性能监测包括转动力矩监测（包括驱动电动 在分接开关转动力矩监测的方案中，多数采用 机电流监测）、振动信号或噪声信号的监测及触头 扭矩测量仪记录出现的最大转矩值及其相应位置， 动作顺序的监测３个方面。 也有的是监测电动机构中电动机定子电流（间接换 １ 转动力矩监测 赫转矩）的变化。假如快速机构储能弹簧特性有重 大改变或储能过程中存在机构（包括分接选择器） 分接开关转动力矩可以从分接开关主要部件上 卡涩时，必然伴随有驱动力矩和驱动电机电流的重 一１一 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 分接开关机械性能监测（一）・技疵专置 大变化。由此，可以用来判断分接开关是否存在潜 有载分接开关扭矩（ＪＮ３８８—１００扭矩传感器）的在 伏性机械性能的故障。 线监测装置，其测量依据是电阻应变桥原理，即将专 １．１扭矩测量仪监测 用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上以组 转动力矩监测分为分接开关阻力矩的监测和电 成应变电桥，向应变电桥提供电源，即可测得该弹性 动机构的最大输出转矩监测。 轴受扭的电信号。该应变信号放大后，经过压／频转 分接开关阻力矩的监测若采用转矩转速传感 换，变成与扭应变成正比的频率信号，并以频率量方 器，即将阻力矩转化为电信号记录下来，如图１所 式给出，通过特定的数采卡和接口软件将频差量转 示。这种测量方法方便、准确，但此时应指明阻力矩 化为对应时域的扭矩数字量。通过应用数据处理软 的测量部位（水平传动轴或垂直传动轴），如无特别 件（ＳＩＧＭＡＰＬＯＴ２０００）对已采集数据进行数字滤波 指明，一般应指垂直传动轴上的阻力矩，以保证与电 和零点漂移去除处理，在较好地保留采样信号局部 动机构的输出转矩的匹配。 特性的前提下，可完全解决现场采集数据存在的噪 声污染、零点漂移问题。因此，该扭矩测量系统具有 越＾ＪＩ Ｊ ｌ ” 很好的实用价值。 ． ． 图２（ａ）为正常的扭矩曲线。起动时，有一个 逋 Ｉ。＿ 厂 ｈ一 一 １ Ｉ．．＾ｕ 扭矩的抖动过程，经多次测量数据分析，该干扰为传 ’ｒ］ 动轴起动时的自然过程，测量曲线清晰地记录下此 ｎ／ｒｐｍ 过程，传动轴上的最大扭矩约为１２ Ｎ・Ｉ１１，此时轴转 图１ 分接开关转动阻力矩的监测 动缃约为１２０。，连动时一个切换周期约为３．７ ｓ，而 上海电力公司于２００４年研发的现场运行Ｖ型 弹簧的储能过程约为２．１ ｓ。 ５ Ｏ ４ ５００ ５ ４００ ６ ３００ ７ ２００ ８ １００ ｔ／ｍｓ ｄｌｎｓ （ａ）正常的扭矩曲线 （ｂ）数字滤波后的扭矩曲线 图２正常扭矩曲线与滤波后的扭矩曲线比较 扭矩测量系统可离线和在线检测扭矩曲线，可 预防和检测到扭矩异常，能详细了解分接开关的储 能过程。 图３为园锥齿轮正常和磨损状况下的扭矩曲线 对比图。图３中，起动时，突变过程中抖动程度明显 增强；磨损状况下的扭矩曲线的增长速率较正常时 ０ ９００ １ ８００ ２ ７ｏｏ ３ ６ＯＯ ４ ５ｏ０ ｔ／ｍｓ 变大，最大扭矩明显增加，整个扭矩曲线的最大变化 图３园锥齿轮正常磨损状态下的扭矩曲线 特征为幅值增大，而完成变换过程的总切换时间变 图４为园锥齿轮卡涩时的扭矩曲线图，图４中， 化不大。 起动时的突变过程十分明显；卡涩状况下扭矩曲线 一２— 技了Ｉｃ专臣・分接开关机械性能监测（一） 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 以公司生产数量最大的ＳＨＭ一１电动机构为 例，进行电动机电流变化的监测。由于该型电动机 构是无触点智能型机电分离的电动机构，自动控制 器具有可以方便增加电动机电流监测的摸块，就可 以实现监测。 １．２．１ 电源电压和机械负载变化对电动机电流变 化影响 在分接开关运行过程中，电动机构的电源电压 Ｅｍｓ 图４园锥齿轮卡涩时扭矩曲线 是经常发生波动。一旦电动机构带上恒定的机械负 载（某一型号分接开关）时，随着电源电压的波动， 电动机输入电流也随着波动变化。因此，ＩＥＣ ６０２１４ —的增长率极大，最大扭矩大大地突破额定值。因此， 传动过程异常可通过安装在传动轴上的扭矩传感器 来检测。 １或ＧＢ １０２３０．１标准中对辅助线路电压的变化 １．２ 电动机构电动机电流变化的监测 作出规定。 电动机构电动机电流变化的监测是近年来分接 开关机械性能监测的一个重要课题。通过采用本公 司研发的高、低温等试验设备，开展电动机电压变 化、油介质温度变化和电动机构所带机械负载（阻 转矩）变化对电动机电流变化影响的研究。 根据标准的要求，分别测量在交流额定电源电 压（２２０ Ｖ）和８５％额定电压（１８７ Ｖ）下的电动机电 流的变化，测量数据见表１。电流变化的示波图如 图５所示。 表１ ＳＨＭ一１电动机构不同电源电压下电动机电流变化监测值 序 １ 操作方向 ｌ—＇Ｎ 电动机构交流 电源电压／Ｖ ｌ８７ ０．７５ｋＷ电动机电流测量值／Ａ 起动电流 ６．５ 电动机构 运行时间／ｓ ３．９２ 运行电流 １．６７ 制动电流 ｌ２．３ 带载状况 空载 ２ ３ ４ ５ ６ ｌ— Ｎ ｌ—＋Ｎ ｌ— Ｎ ｌ—’Ｎ ｌ—｝Ｎ ２２０ １８７ ２２０ ｌ８７ ２２０ ７．８２ ｌ１．９ １５．１ １１．６ ｌ４．２ １．６ ３．２ ３．０４ ３．０７ ２．６４ １４．２ ２４ ２９．７ ２４．３ ２９．６ ３．９ ３．９２ ３．９ ４．１５ ３．９５ 空载 带ＣＭ开关 带ＣＭ开关 带ＣＶ开关 带ＣＶ开关 蝴 ＾Ｉ．６ 、一ｕ ・－、 ｆ｛－， ＾－ ～ ■ｖ ‘’－ ６Ｉ ８Ｉ． ６ ｈ； （ａ）空载时起动电流和运行电流示波图 （ｂ）制动电流示波图 图５ ＳＨＭ一１电动机构在交流电源电压１８７ Ｖ下电动机电流变化监测示波图 ｉ 从表ｌ可以看出，随着交流电源电压的线性降 低，电动机的起动电流和制动电流也相应减少，但运 １．２．２ 电动机构在不同电源电压下特性监测 用ＪＮ一３３８转矩转速测控仪来监测ＳＨＭ一１ 行电流却相应地线性增加。由此，提供了因电源电 电动机构在不同电源电压下的动作特性，如表２ 所示。 一压变化可以设置电流变化的限值范围。 ３一 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 分接开关机械性能监测（－－）・技ＪＩｃ专囊 表２ ＳＨＭ一１电动机构在不同电源电压下的动作特性 电动机构交流 ０．７５ ｋＷ电动机电流测量值 序 操作方向 电源电压／Ｖ 带载状况 输出转矩／Ｎ・ｍ 输出轴转速／ｒｐｍ 输入功率／ｗ １ ｌ— Ｎ ｌ８７ １７．５９ ２４３．９９ ４４９．４７ 恒定负载 ２ Ｎ— ｌ １８７ ｌ７．１５ ２４２．２５ ４３４．９１ 恒定负载 ３ １— Ｎ ２２０ ２Ｏ．１Ｏ ２４２．５２ ５１６．６８ 恒定负载 ４ Ｎ—＋１ ２２０ １９．７４ ２４５．Ｏｌ ５０６．４３ 恒定负载 ５ ｌ—｝Ｎ ２４２ １９．６ｌ ２４９．４５ ５１２．２１ 恒定负载 ６ Ｎ— １ ２４２ ｌ９．４ｌ ２４６．９ｌ ５０１．８５ 恒定负载 ＳＨＭ一１电动机构在不同电源电压下的动作特 １．２．３分接开关油介质温度变化对电动机电流变 性的示波图如图６所示。 化影响 在分接开关运行过程中，油介质温度是经常发 拿 生波动的。一旦电动机构带上恒定的机械负载（某 重 一型号分接开关）时，油介质温度会波动，电动机输 入电流也就随着波动变化。因此，ＩＥＣ ６０２１４—１或 ｆ，ｓ ＧＢ １０２３０．１标淮中对油介质工作温度作出规定。 （ａ）输出转矩特性曲线 根据标准要求，测量在油介质温度为一２５℃一 十８ＯｃＩ＝两终端温度下的电动机电流的变化，见表３。 ２８０ 当分接开关处于不同油介质温度的状况下，测 皇 得其电动机构电动机交流的电流波形如图７所示。 ｆ／ｓ 从表３可以看出，随着油介质温度升高，电动机 （ｂ）输出转轴旋转圈数特性曲线 的起动电流、运行电流和制动电流都相应减少，这是 因为此时的变压器油是为分接开关运动起润滑剂的 ４５Ｏ ３００ 缘故。它的运动状况与变压器油的粘度有关。粘度 １５０ 的大小还与温度有关，油温越低，粘度越大，而且变 ｔ／ｓ 压器油中或多或少都含有石蜡成分。油的粘温性又 （ｃ）输入功率特性曲线 取决于它所含石蜡量的多少。在低温下，石蜡就会 图６ ＳＨＭ一１电动机构在电源电压２２０Ｖ下的动作特性 从变压器油中析出，开始时使油混浊逐步失去流动 性，最后使油全部凝固。因此，分接开关阻力矩在 低温一２５℃环境下比环境温度２０℃时明显地增加 表３ ＳＨＭ一１电动机构在分接开关不同油介质温度下电动机电流变化监测值 电动机构交流 ０．７５ｋＷ电动机电流测量值／Ａ 电动机构 序 操作方向 电源电压／Ｖ 油介质温度／℃ 起动电流 运行电流 制动电流 运行时间／带载状况 ｓ ｌ １—｝Ｎ ｌ８７ —２５℃ １２．１ ３．８６ ２５．２ ５．６ 带ＣＶ开关 ２ １— Ｎ １８７ ８Ｏ℃ ｌ１．６ ２．９６ ２４．４ ４．０５ 带ＣＶ开关 ３ １— Ｎ ｌ８７ —２５ｑＣ １２．２ ３．５６ ２５．１ ５．０４ 带ＣＭ开关 ４ ｌ— Ｎ １８７ ８Ｏ℃ １２ ３．１ ２４．２ ３．９ 带ＣＭ开关 ５ １— Ｎ ２２０ —２５℃ １５．７ ３．３４ ３２．１ ４ 带ＣＶ开关 ６ ｌ— Ｎ ２２Ｏ ８０℃ １４ ２．６１ ２９．８ ３．９８ 带ＣＶ开关 ７ ｌ— Ｎ ２２Ｏ 一２５℃ １４．９ ３．０４ ２９．８ ４．２ 带ＣＭ开关 ８ １— Ｎ ２２０ ８Ｏ℃ ８．６ ２．５ １６ ３．８６ 带ＣＭ开关 一４一 技市毫睡・分接开关机械性能监测（一） 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） ｝ ＿ ＿ Ｉ ｊ ｆａ１油温１３￣Ｃ的电流示波图 ｆｂ）油温８０￣Ｃ的电流示波图 （ｃ）油温一２５￣Ｃ的电流示波图 图７ ＳＨＭ一１电动机构在分接开关不同油介质温度下电动机电流变化示波图 ３０％左右，如图８所示。 的监测有载分接开关的最新手段，有潜在的应用 价值。 由有载分接开关运行时记录下来的各种振动和 声信号，可提供有关分接开关运行中发生的机械方 面的大量信息。通过与分接开关正常运行时的振动 和声信号对比，可监测出分接开关切换时间的变化、 弹簧弹性下降、触头磨损、相位同步误差和电弧等故 障，从而可诊断出分接开关是处于正常状态，还是出 现磨损或发生故障。当然，要想诊断准确，必须首先 －４０－３０－２０一ｌ０ ０＋ｌ０＋２０ 对所诊断的分接开关要有足够的了解。 在振动和声信号诊断中，当发现了不该出现的 油介质温度／℃ 图８低温操作转矩特征 新的振动和声信号时，应给予特别的注意，因为它预 示着可能要发生一种目前尚未知晓的紧急机械故 障。 对声音的监测可采用对声压灵敏的仪器（如浸 １．３ ＣＭ型分接开关转矩的监测值 对于ＣＭ型组合式分接开关，其转动力矩主要 体现在分接选择器上。因此，要测量分接选择器动 触头离开或进入定触头以及转换选择器随同分接选 择器动作的最大转矩及相应位置见表４。 在油中的水听器）或对运动灵敏的传感器（如装在 箱壁上的加速度计）。尽管声压和加速度是２个不 ２振动信号和声信号监测 振动信号和声信号诊断是近年来正在开发 测量部位 切换开关 同的物理量，但在很宽的频率范围内它们是密切相 关的。通过对用这２种仪器同时测出的数据进行对 比，可以发现振动和声信号是非常相似的，并都包括 ＣＭ Ｉ ８００型 转矩／Ｎ・ｍ ４１．５ 表４ ＣＭ型分接开关转矩的监测值 最大力矩位置 １—１９ ＣＭⅢ６００型 转矩／Ｎ・ＩＴＩ ４１ ＣＭ１１５００型 转矩／Ｎ・ｎｌ ４ｌ ＣＭ型转矩 允许值／Ｎ・ＩＴ１ ３０～５Ｏ 分接开关 分接选择器 整相 ｌＯ— ．１Ｏ一１１ １— １９ １６Ｏ １９５ １０８ １４５ １５０ １８５ １０ｏ～ｌ８Ｏ １２Ｏ～２２０ 电动机构 手摇柄 输出轴 １—｝１９ １—｝ｌ９ １３ １９ １２ １８ ｌ３ １８ １０—１５ １６～２Ｏ 一５一 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 分接开关机械性能监测（一）・技雍薯矗 了用于振动和声信号诊断的相关信息。 显然，加速度计具有可靠、成本低等优点，而且 很容易从市场上买到。但水听器也有其优点，首先 其频率响应受箱壁厚度和结构等次要因素的影响要 振动信号的时域表示和频域表示是２种最常用 的信号表示方法。时域表示可反映信号的强度随时 问的变化；频域表示可反映信号的能量在频域中的 分布。在有载分接开关运行状态诊断方面，就是采 用时域信号和频域信号的变化来判断分接开关的运 少得多，同时水听器的灵敏度在很宽的频率范围内 （＞１００ ｋＨｚ）呈线性，而加速度计呈线性的频率范 行状态。 围窄得多，仅２０—２５ ｋＨｚ。因此，目前是采用在分 １）振动信号时域图谱分析 接开关油箱内放置水听器以记录声信号或者在分接 振动信号与时间变化的时域分析法主要适用于 开关油箱外部安装压电式加速度传感器测量触头 分接开关触头动作顺序、触头变换程序和触头状况 分、合的振动信号。 在线检测的图谱分析。 总之，国、内外专家们都一致认为，振动和声信 （１）触头动作顺序在线检测 号诊断技术是一种在线监测有载分接开关的低成本 触头动作顺序是分接开关机械性能的参数之 的适用技术。 一。对于每一特定分接开关，触头动作顺序必定有 ２。１振动信号监测 一定的技术要求。人们可以通过对各对触头动作顺 机械振动是一个丰富的信息载体，包含着大量 序的检验来判断分接开关动作的正确性和可靠性。 的设备状态信息。传到变压器外壳上的振动是内部 组合式分接开关的触头动作顺序包括分接选择器和 多种激励现象的响应，这些激励包括分接开关切换 切换开关两者触头相互动作顺序与时间配合。表５ 操作、电动力或静电力作用、局部放电以及其他运动 是ＣＭ型组合式分接开关８次变换操作所得的触头 等。通过适当的检测手段和信号处理，有可能找到 动作顺序的数据。图１～图９所示的是ＣＭ型分接 某些特定现象的状态信息。 开关进行现场检测的一组信号波形。从图９可以看 对分接开关的典型振动信号（包括正常和典型 出，３次显著的振动信号分别对应于分接选择器动 故障）开展研究，寻求它们与各种操作特征相关的 触头离开定触头、分接选择器动触头合上相邻定触 关系。相关研究资料表明，分接开关的故障类型与 头和切换开关变换的３次动作。图９中，线性变化 其振动特性的变化存在着紧密关系。通过监测分接 的直线表示电动机构的手柄操作圈数。由图９可以 开关切换时产生的振动信号，就可以获得整个切换 读取３次分接开关触头动作时所对应的时间和电动 过程中各个关键环节的相关信息变化。 机构的手摇转数。由此可见，基于振动信号测量分 触头在合、分过程中，由于伴随着机械、化学、热 接开关触头动作顺序是可行的。 和电的一系列破坏作用，使得触头材料消耗，造成触 表５ ＣＭ型有载分接开关１０１９１ Ｗ触头动作顺序 头凹凸不平和变形，从而引起触头压力接触电阻和 （电动机构手摇圈数） 开矩参数的变化，使得分接开关的振动特征也随之 分接头 分接选择器 分接选择器 动触头离开 动触头合上 切换开关 分能变换 动作顺序 定触头 相邻定触头 变换动作 动作结束 改变。 技术要求 ～１２ ≤２５．５ ２７．５—２８．５ ３３ 振动信号的检测运用时域、频域综合分析的方 ８— ｌ１．５ ２４．５ ２７．６ ３３ 法，结合卷积方法分别分析各个撞击过程，给出正常 ９— ｌＯ ｌ１．７ ２４．７ ２７．９ ３３ 工作状态和各故障状态的典型时域、频域特征；同时 】Ｏ— ２７．８ ３３ 根据频域信号的能量分布特征，实现分接开关的故 ９— ８ ｌ１．８ ２４．４ ２７．６ ３３ 障诊断。 ８— Ｉ１．９ ２５ ２８．２ ３３ 一６一 技术毫题・分接开关机械性能监测（一） 上海电器技术（２ｍＯＮｏ．１） １Ｏ 由于分接开关触头动作引起的振动信号和包络信号 之 ５ Ⅱ ……．．…“ｔ’ …… ： ｌ …● 。；” Ｌ ｊ ； ． ：…． 圈 鞭 怖 中能反映分接开关的运行状态，其包络图中脉冲的 形状会随着触头状态的不同而发生变化。因此，这 一迎一０ ５ １０ ｆ …● 挺 赛 ．一 ．一 ； —典型时序包络图实质上就反映出触头变换程序。 ｔ／ｍｓ 如１Ｏ（ｂ）中脉冲的第１～Ⅵ阶段就对应表６中各 阶段触头变换状况。 表６分接开关触头变换程序 图９ ＣＭ型分接开关触头动作顺序时域谱图 （２）触头状态的在线检测 分接开关在运行时，动、定触头问接触分、合会 引发脉冲冲击力，从而产生振动信号。因此，可通过 监测分接开关的振动信号来检测分接开关触头动作 状况。 分接开关 动作 动触头变换 动作过程 分接开关 动作 动触头变换 动作过程 第１阶段 Ｋ２，Ｋ５离开定触头 第Ⅳ阶段 ｌ（３，Ｋ７穿过定触头 第珏阶段 Ｋ１，Ｉ（５穿过定触头 第Ｖ阶段 Ｋ２，Ｋ６接触定触头 第Ⅲ阶段 Ｋ４穿过定触头 第Ⅵ阶段 其他驱动机械制动 图１０是一典型分接开关触头振动时域包络图。 ｔ／ｍｓ ｔ／ｍｓ （ａ）原始信号 （ｂ）包络分析图 图１０典型触头振动信号包络图 如果是动、静触头发生故障，表征为其在表６中 对应的时间阶段表现异常，与正常振动信号进行比 较，即可得出触头是否发生故障。 ２）振动信号频域谱图分析 有载分接开关的振动过程复杂，难于用一个简 单的特征量来定量描述分接开关故障状况，只能通 域谱图研究多年，振动测量仪选用ＰＣＢ公司的Ｎｏｄ— ｅｌ ３５６Ａ１６ Ｔｒｉａｘｉａｌ ＩＣＰ型三维加速度传感器作为拾 振元件，振动信号通过ＳＤ公司的ＰＵＭＡ动态数采 系统进行实时采集。物理系统的动态响应取决于４ 个的变量 、Ｙ、ｚ、ｔ；Ｍｏｄｅｌ ３５６Ａ１６ Ｔｒｉａｘｉａｌ ＩＣＰ 为三维加速度传感器，能同时采集测量点的 、ｙ、ｚ ３ 个方向的振动信号；具有１００ ｍＶ／ｇ的灵敏度。传 过振动信号的频域图谱特征和低频段（０～１０ ｋＨｚ）、高频段（１０～２０ ｋＨｚ）的能量值的分布百分 感器拾振位置布置在接近于分接开关的变压器外壳 数，综合考虑动触头的振动频域特性，以达到诊断有 载分接开关的运行状态和各种故障类型。 上海电力公司开展Ｖ型分接开关触头振动频 处和分接开关油室的顶部上，采集频域信号。 Ｖ型分接开关触头正常状态的频域谱图特征见 表７和图１１。 一７一 上海电器技术（２０１０Ｎｏ．１） 分接开关机械性能监测（一）－技】Ｉ【专置 表７ Ｖ型有载分接开关正常运行状态的特征 运行 状态 先撞击触头频域图谱 后撞击触头频域图谱 频域分段能量／％ ＜１０ｋＨｚ ＞１０ｋＨｚ 振动特性描述 总能量维持在较低水 平，能量集中在低频段２ ４ ｋＨｚ，占８７％；高频段 ｌ４～１６ ｋＨｚ，占ｌ３％；两 撞击能谱特征相近，１一 Ｎ和Ｎ—ｌ切换特征量无 ～０．８・ ０ ８－ ０ ４— ０ ２— 触头 正常 状态 ０ ４・ ０２－ ．８７ ｌ３ ０ ０－ ． ０ ４ｏｏｏ ８ｏｏｏ １２ｏｂｏ １６０６０２ｏ０００ ＾ ０ ０一 ０ ４ｏｂｏ ８晴】０ １２ ｏｂｏ １６ｏｏｏ２ｏＯ０Ｏ 明显变化 （ａ】总能量变化 （ｂ）低频与高频的比例 参考文献 图ｌ１中的 轴数据代表：１一正常状态触头，低 频能量远大于高频能量；２一触头磨损，总能量相差 不大，高频能量略大于低频能量；３一输出电流环变 形，总能量略有下降，高、低频能量相当；４一定触头 松动，总能量略有下降，低频能量略大；５一触头卡 涩，总能量急剧上升，低频能量明显大于高频能量； ６一触头支架断裂，总能量下降，低频能量明显大于 高频能量。 ２．２ 声信号的在线监测 ［１］董其国．电力变压器故障与诊断［Ｍ］．北京：中国电 ，力出版社．２００ｏ． ［２ ３ 张德明变压器分接开关状态监测与故障诊断［Ｍ］． 北京：中国电力出版社，２００８． ［３］贺以燕，杨治业．变压器试验技术大全＿沈阳：辽宁科 学技术出版社，２００６． ［４］郭森，苏勇令．有载分接开关扭矩在线监测［Ｊ］．高压 电器．２００５，４１（６）：４４３～４４８． ［５］姜益民，苏勇令，郭森・有载分接开关故障非电量诊断 在变压器事故中，因为有载调压开关原因造成 方法研究［Ｊ］．变压器，２０ｏ７，４４（７）：５７－６１． 的事故占２０％２￣。 有载调压开关因频繁动作，其内部油路中所含 ［６］王世山，汲胜昌，李彦明・利用振动法进行变压器在线 监测的应用研究［Ｊ］．变压器，２ｏｏ２， ９（ｚ ）：７ ～７６・ 气体含量非常高，因此用常规的气体监测的方法是 不可 艨大某水电局研究所新开发的噪声探［７］吴吴，刘庆时，刘卫东・调压变压器有载分接开关机械 ［８］ 测技术，初步解决了这个问题。有载调压开关正常 动作与不正常动作时，所产生的声波有很大区别，研 究所将实际探测到的不同声波用计算机加以处理分 析，进而找到规律。他们把探测声波的探头放在有 载调压开关附近，通过计算机专用软件处理所获得 角度的在线监测方法…．高压电器， ，４１（５）：３４３ ３４６． ［９］程锦，王正刚，徐燕飞，等振动法在线检测电力变压器有载 ．调压开关触头状况百丁彳亍陛的研究［Ｊ］高压电器，２００５，４１（２）： ９２ ９５． ［１０］王伟，事险华，王吉，等有载分接开关切换波形的现场测 的声波信息，进而预测故障是否即将发生。这种产品已经在加拿大某水电局一些单位进行试用，前不 口 试及研究Ⅲ・高压电器， ，４ （６）：４３８～讯 接开关在线与离线综合分折。华东电 ， 久已形成批量生产。 ［１２］ＱＢ ２２／，Ｔ ００７—２００８有载分接 粒 弑验导则［ｓ］．吉林： 一８一
