有載分接開關(guān)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)研究.pdf

1、變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)(On-load Tap Changer，OLTC)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著穩(wěn)定負(fù)荷中心電壓、調(diào)節(jié)無功潮流、增加電網(wǎng)調(diào)度靈活性等重要作用，而機(jī)械故障是其主要故障類型。在線監(jiān)測(cè)OLTC的機(jī)械運(yùn)行性能，對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與可靠運(yùn)行具有重要意義。 針對(duì)OLTC機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀和尚待解決的關(guān)鍵技術(shù)課題，本文開展了系統(tǒng)的研究工作，重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：基于非介入性傳感技術(shù)，研究多路信號(hào)的監(jiān)

2、測(cè)方法，進(jìn)而構(gòu)成OLTC在線監(jiān)測(cè)的硬件系統(tǒng)；從混沌動(dòng)力學(xué)的角度去研究能反映OLTC操作時(shí)不同振動(dòng)模式變化的特征參數(shù)提取方法，并建立相應(yīng)的故障診斷策略；將應(yīng)用于語音識(shí)別領(lǐng)域的隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Model，HMM)引入到OLTC機(jī)械性能的故障診斷中，從新的角度發(fā)展OLTC的機(jī)械故障診斷方法；分析復(fù)合式SYJZZ型有載分接開關(guān)的常見故障與發(fā)生機(jī)理，構(gòu)建OLTC機(jī)械性能的綜合式故障診斷專家系統(tǒng)；基于圖形化編程和虛擬儀器

3、技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)OLTC機(jī)械性能的在線監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)。通過論文的研究工作，取得了如下主要成果： 將非介入性與多傳感器式綜合量測(cè)技術(shù)應(yīng)用到OLTC的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，在不影響變壓器正常運(yùn)行的條件下，有效獲取反映設(shè)備運(yùn)行狀況的多路傳感信號(hào)——機(jī)械振動(dòng)信號(hào)、局部過熱高頻噪聲信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)，使得機(jī)械狀態(tài)特征的提取多樣化并更加有效。 通過監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與電流信號(hào)，可間接反映OLTC操作過程中電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的變

4、化，繼而結(jié)合瞬態(tài)頻率分析與小波分析等算法，提出一種評(píng)估OLTC操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的特征提取方法，為實(shí)現(xiàn)故障診斷提供了一個(gè)有效依據(jù)。 針對(duì)OLTC操作時(shí)的機(jī)械振動(dòng)模式進(jìn)行混沌動(dòng)力學(xué)分析，研究一種基于多維坐標(biāo)空間的相軌圖幾何特征提取方法；進(jìn)一步提出將模糊集理論引入到OLTC的機(jī)械故障診斷中，建立各狀態(tài)模糊集的正態(tài)型隸屬函數(shù)，并針對(duì)單個(gè)待測(cè)樣本與待測(cè)樣本集兩種情況，分別應(yīng)用最大隸屬度原則與擇近原則進(jìn)行模糊推理，最終實(shí)現(xiàn)OLTC的機(jī)械

5、故障診斷。 通過振動(dòng)功率譜的區(qū)間化、歸一化和矢量量化，建立了一種振動(dòng)信號(hào)離散譜矢量的特征提取方法。針對(duì)提取的振動(dòng)信號(hào)特征向量，進(jìn)一步提出了基于HMM的OLTC機(jī)械故障診斷新方法。通過不斷積累現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)HMM標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)訓(xùn)練和模式庫的自動(dòng)更新，提高OLTC機(jī)械故障診斷的成功率。大量的實(shí)驗(yàn)?zāi)M和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該故障診斷方法具有非常優(yōu)異的故障分類功能。 通過分析復(fù)合式SYJZZ型OLTC的常見故障與發(fā)生機(jī)理，總結(jié)了

6、在線監(jiān)測(cè)信號(hào)的故障特征變化規(guī)律。在前述的各種特征提取方法和故障診斷算法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于決策樹推理與監(jiān)測(cè)信號(hào)綜合分析相結(jié)合的OLTC機(jī)械性能綜合式故障診斷專家系統(tǒng)。該專家系統(tǒng)既能發(fā)揮決策樹擅于處理非數(shù)值型數(shù)據(jù)和推理迅速的優(yōu)點(diǎn)，又能發(fā)揮各個(gè)診斷子程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)信號(hào)的多角度分析與綜合故障診斷能力。 研制成功綜合式網(wǎng)絡(luò)化的“有載分接開關(guān)機(jī)械性能的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)”，并在山東電網(wǎng)獲得了實(shí)際推廣應(yīng)用。該監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)由功能完備的硬件和