一种有载分接开关综合检测和故障定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种有载分接开关综合检测和故障定位系统，该系统包括综合分析单元和分别与所示综合分析单元连接的振动检测单元、电机电流检测单元、油色谱检测单元、油中金属元素检测单元、动态电阻测试单元以及绝缘油酸值测试单元。本发明专利技术还提供了一种有载分接开关综合检测和故障定位方法。本发明专利技术的有益效果：将有载分接开关的机械、电气、绝缘特性检测与故障诊断综合在一起，并实现对故障的初步定位；可以实现对有载分接开关生命周期内运行健康状况进行跟踪；方便现场检修人员制定现场检修策略。策略。策略。

【技术实现步骤摘要】
一种有载分接开关综合检测和故障定位系统及方法


[0001]本专利技术涉及油中灭弧组合式有载分接开关故障诊断
，尤其涉及一种基于多因子状态评估的有载分接开关综合检测和故障定位系统及方法。

技术介绍

[0002]有载分接开关(On
‑
load tap changer)是大型电力变压器重要组件，它通过调节分接开关内部触点位置来平衡电压，避免了用户端电压的大范围波动，使得电网的稳定性和可靠性得到了增强，在电力系统的电压调节中发挥了重要的作用。
[0003]有载分接开关是变压器内部唯一需要通过机械操作来完成电压调节的设备，其主要的故障类型可以分为机械故障，电气故障和绝缘故障。
[0004]有载分接开关的机械单元主要包括齿轮、传动轴、储能弹簧和驱动电机，实际上他们之间也是机械联动的，当其中一部分机械单元出现故障时，很可能造成其他部分也产生相应的故障。典型机械故障的可能原因是(1)传动轴受损引起的传动部件、选择开关与切换开关之间的同步；(2)转轴的角度偏差引起动静触点之间接触不完全；(3)因磨损、润滑不够或者储能系统退化引起开关动作迟缓或拒动；(4)储能弹簧退化导致的切换开关动作不到位；(5)齿轮制动机构或者闭锁系统故障，导致异常动作等等；
[0005]由于有载分接开关在整个操作过程中都是机械连锁的,当有载分接开关内部存在机械单元卡涩或磨损时，内部转轴的力矩会发生变化，从而引起流经外部驱动电机的电流发生变化。这些参数能够有效的运用于监测电流幅值和轮廓、电机启动和切换之间的时间延迟及切换时间特性等。
[0006]有载分接开关的电气故障主要指因触头的损伤造成的开路或者过热故障。造成触头损伤的原因主要有以下几类：(1)对切换开关的触头而言，其主要的损伤由电弧的烧灼以引起，使得触头表面成膜、结焦和碳化，同时电弧开断时会引起表面的金属释放到周围的绝缘介质中；(2)对于电压选择器的触头而言，油中的某些硫化物添加剂在强电磁和高温环境中会与触头表面的金属发生电化学腐蚀；(3)触头在频繁切换过程中产生的磨损，引起接触异常，导致接触电阻增大；(4)带有极性选择器的有载分接开关，在极性转换期间分接绕组会暂时与主绕组分离而造成点位悬浮，对于容量很大的电压等级较高的设备可能会在触点间产生火花放电，引起接触电阻的增加。
[0007]对于有载分接开关的电气故障，应当指出的是，早期触头的轻微损伤仅会导致接触面轻微的接触电阻增加，这种增加的变化可能在检测仪器的误差范围之内，其影响并不容易察觉。当附近油中的污染物在触头表面聚集并形成膜时会引起接触电阻的显著增加，导致接触点周围区域的温度升高，这会加速触头表面电化学腐蚀的速度，使得触头的状况进一步恶化。许多其他因素也会引起有载分接开关的电气故障：(1)对于电压选择器来说，部分选择位置可能长期没有使用，导致表面由污染层形成膜而增大了接触电阻；(2)触头的氧化对于接触电阻的也有很大的影响，相对于光滑表面的触头来说其接触电阻增长了数倍；(3)当负荷电流很大时会导致接触电阻过热，引起周围温度升高，这会加速有害的化学
反应过程；(4)引线抽头与选择器接线端子紧固不良，引起接触电阻增大；(5)切换开关中性点级间保护间隙限流电阻可能因为过电压而烧毁。
[0008]有载分接开关内部的绝缘故障主要是指绝缘介质的劣化。在本申请中绝缘介质为绝缘油，绝缘油的劣化主要是指其老化和分解。分接开关动作时产生的电弧会造成周围绝缘油分解产生气体，这些气体会溶解在油中。同时，绝缘油的老化会引起酸化，酸性物质在强电磁和高温环境中，会与触头表面的金属发生化学腐蚀及电化学腐蚀。
[0009]有载分接开关在动作过程中，切换开关的金属触头在电弧的作用下，表面的金属会脱离，或以金属微粒的形式悬浮在周围的绝缘介质中，或以离子的形态溶解在绝缘油中，部分金属粒子在电弧存在的情况下，与绝缘油中的杂质或者部分绝缘油的老化酸性产物发生作用，最终生成金属离子。金属离子的存在，都会对内部的绝缘产生较大的破坏，在高温及强电磁环境下，金属离子的存在会催化老化变压器油，而变压器油老化产物中的酸性物质又会反过来对金属触头的表面进一步产生腐蚀。对于有载分接开关而言，触头的腐蚀会使得表面的接触电阻增加，相对导电距离增大，在部分极端情况下，导电距离的增大使得在开断电流时电流提前发生中断引起变压器内部故障。通过检测油中金属元素，可以切换开关内部参与电弧触点的情况，通过比金属成分和浓度，判定金属触头被电弧的灼伤程度。
[0010]油色谱分析可以用于区分热故障和电故障，但对于油中灭弧组合式有载分接开关来说，切换开关在开断过程中的电弧行为无法避免，无法具体的对内部故障进行区分，仅当连续检测发现油中气体成分显著增加时，需要引起注意。但油色谱分析仍然无法区分油中气体的增加时由于开断电弧所引起或是接触电阻增加导致过热引起的变压器油分解。
[0011]绝缘油的老化会产生酸性物质，这些酸性物质会使得金属触头表面发生腐蚀。而因触头表面腐蚀产生的金属离子，在高温作用下反过来会作用于绝缘油加速其老化过程。
[0012]以往的检测方法往往都比较单一，且无法实现具体的故障定位。在本专利技术申请中将有载分接开关的机械、电气、绝缘特性检测与故障诊断综合在一起，并实现对故障的初步定位。
[0013]在条件允许时，有载分接开关机械振动特性的检测与油中气体检测是可以实现在线监测的，而油中金属成分分析，由于分析仪器的精密程度较高，需要取样后进行分析。取样工作对于安装了在线滤油系统的有载分接开关而言，仍然可以在变压器运行的情况下进行。避免了不必要的停机工作，对于取样的时机没有硬性要求。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是提供一种有载分接开关综合检测和故障定位系统及方法，其用于油中灭弧组合式有载分接开关的运行状态评价和故障诊断。
[0015]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0016]一种有载分接开关综合检测和故障定位系统，该系统包括：
[0017]振动检测单元，用于获取有载分接开关表面的振动信号；
[0018]电机电流检测单元，用于获取有载分接开关外部驱动电机的电机电流信号；
[0019]油色谱检测单元，用于分析来自有载分接开关切换开关的油室内部油样，记录绝缘油中溶解气体成分的种类及含量信息；
[0020]油中金属元素检测单元，用于分析来自有载分接开关切换开关的油室内部油样，
记录绝缘油中金属元素的种类及含量信息；
[0021]动态电阻测试单元，用于测试和记录有载分接开关切换过程中的直流电阻和电流波形信息；
[0022]绝缘油酸值测试单元，用于测定自有载分接开关切换开关的油室内部油样的酸值，确定内部绝缘油的老化程度；以及
[0023]综合分析单元，用于接收所述振动检测单元、所述电机电流检测单元、所述油色谱检测单元、所述油中金属元素检测单元、所述动态电阻测试单元以及所述绝缘油酸值测试单元传输的有载分接开关的运行数据，综合分析确定故障类型以及故障位置。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有载分接开关综合检测和故障定位系统，其特征在于，该系统包括：振动检测单元，用于获取有载分接开关表面的振动信号；电机电流检测单元，用于获取有载分接开关外部驱动电机的电机电流信号；油色谱检测单元，用于分析来自有载分接开关切换开关的油室内部油样，记录绝缘油中溶解气体成分的种类及含量信息；油中金属元素检测单元，用于分析来自有载分接开关切换开关的油室内部油样，记录绝缘油中金属元素的种类及含量信息；动态电阻测试单元，用于测试和记录有载分接开关切换过程中的直流电阻和电流波形信息；绝缘油酸值测试单元，用于测定自有载分接开关切换开关的油室内部油样的酸值，确定内部绝缘油的老化程度；以及综合分析单元，用于接收所述振动检测单元、所述电机电流检测单元、所述油色谱检测单元、所述油中金属元素检测单元、所述动态电阻测试单元以及所述绝缘油酸值测试单元传输的有载分接开关的运行数据，综合分析确定故障类型以及故障位置。2.如权利要求1所述的有载分接开关综合检测和故障定位系统，其特征在于，所述运行数据包括振动信号、电机电流信号、绝缘油检测数据以及动态电阻测试数据。3.如权利要求1所述的一种有载分接开关综合检测和故障定位系统，其特征在于，所述故障类型包括机械结构故障、电气触头故障以及绝缘介质劣化。4.如权利要求3所述的一种有载分接开关综合检测和故障定位系统，其特征在于，所述故障位置包括齿轮、传动轴、储能弹簧、切换开关电气触头以及绝缘介质。5.如权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文海，郑斌，汪沨，宋昆峰，居来提，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司湖南大学，
类型：发明
国别省市：