声学分析在变压器电压转换开关监控系统中应用

技术创新电压转换开关（OLTC）作为现代大型可调式变压器的调节装置用以设置变压器的变比关系。基于其相对频繁的切换过程和高强度的机械负载会导致相关机械以及电气部分经常发生故障，直接导致停机以及昂贵的维护工作。配备实时在线监控系统以及故障分析系统是很有必要的。该监控系统使状态维护和维修工作目标更明确，节省费用，提升了变压器的负载使用率，避免变压器突发停机和设备毁损。

1监控系统的基本原理该监控系统的机理是基于对电压切换时采集到的声学信号持续时间进行分析。由于切换电路存在一定的切换时间，正常工况下该时间在大约40-70ms区间内。由声学传感器捕获，并应保持相对固定。

不同电压等级的转换过程产生的振动声学信号都是不同并且相互独立的。因此每个过程都必须取得其标记值。本文对斯图加特大学和阿尔法公司的3台变压器进行了试验，获取其各种状态下其标记值用于将来故障评估。计算可以获得一个时间值，并随着不断新加入的测量值而完善。

为了能够确认这个渐进变量，必须将次得到的标记值和当前平均值比较。由器件老化引起的变化是一个平缓的变化过程，对于突发的机械故障会立刻在输出信号中产生一个阶跃变化。

当出现突然明显变化时我们应该立刻意识到故障的发生。

切换过程声学频谱信号切换过程声学信号包络线对于声学信号的研究仅仅只需要功率频谱线或者时间信号包络线。如及显示，按时间顺序在两图中出现的前6个脉冲信号是电压转换信号采集的关键点，该值经过RMS函数王赞：工程师硕士实时在线系统基本示意图表1声学传感器基本参数C>峰值敏感度范n测t系统中，传感器的定位会直接带来信号的区别，并影响测量结果。如果仅对变压器整体做出故障判断，仅需要一个传感器，但如果想确认故障类型或者推断出故障位置，则必须在变压器外壳上定位多个传感器。通过传感器的准确定位，可将故障位置确定在一定范围内。比如可以判断故障在高压边或低压边以及具体哪一相，或者在绕组的上端或下端。为传感器安放位S示意图。

4信号处理4.1信号基本处理工具传感器安放位置示意信号采集电路bookmark4技术创新该电路的功能是测量声学信号的脉冲宽度并将该信号可视化给出。为获取清晰的脉冲波起始位置和结束位置，该信号的有效值持续时间要超过一个固定值。也就是中红线标识的基准电压值。

基准电压示意图采集及处理信号因为音频信号具有方向性，因此在脉冲的起始和结束位置之间存在许多上升和卜降沿。为了获得该信号晰的开始和结束位置，使用RMS模块将进入信号形成平均方根值并在模块的对于获取的测量值需要开发专门的应用程序用于图表形式，并按客户需求的方式评估。这里利用matlab软件中GUI开发。其功能包括输入源信号目录，计算切换时间显示，信号图形显示等，并且可以同时显示多次重复的切换时间。

中左边是由示波器显示通过实时系统得到的结果，右边是通过源代码仿真及计算出来的结果显示。

输出端生成一个无方向性信号。在RMS模块后安放了2个比较器，用于平滑信号，也就是获取有效的RMS信号宽度。比较器比较2个输人电压值，即实际获取信号值和电压值，可调节比较器直至获取信号的清晰宽度。2个比较器是通过一个或单元连接在一起，个比较器给出低限的同时第二个比较器给出高限。这2个基准值都可以通过电位计调节。

通过比较器后的输出信号进入一个由3个十进制计数器构成的串联电路，后一个计数器的输出脉冲进人到一个8宇节的二进制计数器，再由1MHZ的晶振触发，终得到一个在1-255ms范围内的时间值。同时这个二进制数以通过一个D/A转换器转为一个范围在4-20mA区间内的电流值。

4.2信号可靠性验证在该试验中选取同一个变压器的2种试验环境，对其分别进行1-19级的各级切换，并所有切换信号并对其分析。

0从1到19顺序切换过程时间曲线丨从19到丨序切换过程时间曲线由上述可知，该切换时间可以以3种形式得到1>输出信号在0-255ms区间输出电流在4-20mA区间根据数据曲线可以很明显发现，Ver.2信号明显优于Ver.l获取的信号，但是信号时间在奇数。偶数，顺序和逆序的切换过程上没有明显差别。

仔细研究数据可确认不同的电压切换过程以及不同的变您的论文得到两院院士关注测控自动化技术创新压器型号得到的信号有明显差异。对于分配器形式的OLTC在奇偶切换过程中有区别，对于选择型OLTC每个切换过程都有自己的信号。这也说明在监测过程中每套系统数据库的建立都是的，不受其它参数影响。

5功率谱分析在现场运行中变压器变压切换过程是由电机驱动完成的。

每次切换过程都会产生一个典型的特征指纹，通过对该指纹的监测及分析可以建立另一套变压器监控系统。如2所示，计算ABCDE这5个值，通过对这5个值的研究不但可以得到转矩的大值，而且还有切换过程的时间持续过载和转换的能量。

在正常工况下这些值几乎是不变的。

2A-篼点与后一转折点之间篼度差，B-零点与前一转折点之间高度差，C-高点与后一转折点之间时间差，D-零点与前一转折点之间时间差，E-整个指纹面积（功率）6结论系统能够准确获得所需的切换时间并对其进行分析，该振动声学系统相比于其它形式的测量系统有以下优点：1）易于实现；2）需要较少的硬件以及软件成本；3）可实现实时在线系统；可通过2种完全不同算法的信号分析系统分别获得对切换时间的监测。

通过本实验中大量的试验可证明准确的标记值获取是进行故障诊断的有力前提，在将来建立更智能化的检测系统时，需要根据不同的变压器不同的故障原因建立大量的有依据的数据库，这样才能保证系统更智能化更准确的工作。

本文作者的创新点：提出一种新型的变压器实时在线监控系统，利用声学信号对变压器换阶电路进行监控，得到有效的标记值为故障评定提供比对，为变压器机械故障识别提供有力保障。

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