TW201432279A - 運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是提供一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，本發明首次引入聲能特徵概念，實現檢測電力高壓設備故障的實時、在線檢測手段，定性判斷設備內部放電及機械震動異常位移類故障，解決了電力設備在損壞前的預警問題。主要考慮兩個因素，一個是早期發現設備電弧放電類故障，另一個是早期發現設備器件機械震動異常位移故障，兩個因素之間任意一個出現異常後，表明設備存在隱患。本發明採用聲能特徵概念進行實時、在線監測，用聲源信號診斷可靠，抗干擾強，能夠明顯反映設備工況環境的狀態，避免了對電網的危害。
Description
本發明是提供一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，涉及到電力設備在線實時監測領域，特別是涉及到運用聲能特徵(20Hz-20KHz)和震動頻率判斷高壓電力設備內部放電及機械異常位移、震動類故障的方法。
聲波和震動波都是成熟技術，兩者結合使用在電力行業有廣泛的發展前景。
電力設備的檢測方法有離線法和在線檢測法。離線檢測法需要停電進行，停電後設備的狀態與運行不符，影響判斷準確度且不能判斷工況狀態，尤其不能反映機械性能。離線檢測法為周期性的定期實驗，不是連續的實時、工況檢測，對設備的運行狀態缺乏可靠的信息，因而檢測帶有較大的盲目性和局限性，造成了較大的人力、物力浪費，甚至造成不必要的設備損壞。例如，在停電時做電力設備絶緣預防性試驗，主要檢測主要項目是介質損耗、電容量、絶緣電阻、泄漏電流、直流電阻、絶緣油、氣檢測等，主要短處不是在工況條件下檢測，所獲得數據還要進行綜合判斷，並在運行中認真巡視，還要合理確定下一個停電檢修周期。據統計電力變壓器運行中由於繞組、鐵芯故障造成設備損壞占70%以上。在線檢測法：檢修、運行人員在不停電的狀態下，隨時隨地掌握設備的實時信息，幚助判斷設備狀態性能是否下降，是否需要維修，因而具有減少停電時間。減少設備因周期性維修造成的損害和維修不當所造成的事故，減少維修所需要的人力、物力、財力，減少值班人員和人為事故等優點，是目前對電力設備工況監測的發展趨勢。
目前國際電力標準(IEC)的設備停電試驗方法很多，通常需要在停電條件下實施，不能反映工況條件下可能產生的電弧放電和異常震動狀態，缺點是沿用至今仍不能杜絶事故。目前國內外電力設備在線試驗方法很多，常見的方法有；超聲波局放法(實踐中的效果不明顯且在線檢測仍在探討中)、絶緣油色譜在線法(限於在化學分析和絶緣油的狀況)、SF6氣體微水測量法(限於SF6氣的絶緣水平，可不停電進行，但不在線檢測)、紅外測溫法(局限於溫度異常，不能檢測設備內部缺陷)、容性變電設備在線介面損法(目前仍未能解決互感型傳感器採樣信號的“失真”問題)等，這些辦法均有局限性和片面性、未確定性，不能實現本發明所能達到的功能擴展。
設備異常狀態中的頻譜有待進一步充實，對鑒別設備缺陷的部位和屬性及定量分析更有意義。由於設備原理、結構、材料的差異其頻譜也有差異，有待在實踐中不斷充實和完善。
一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。具體為：針對目前電力設備檢測技術上存在的問題和不足，本發明的目的在於提供一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。利用設備本體的聲源進行聲能在線、實時檢測，檢測可靠性高，能够直接明顯反映設備異常狀態，且安裝方便，避免對電網安全的危害。
一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。具體的：將電力設備電弧放電及異常機械震動位移納入檢測規程，所引入的聲能特徵理論進行電氣設備內部故障判斷，不同於目前的檢測方法。
一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。具體為：電力設備聲能(聲波、震動波)傳感器〔如第六圖〕；震動波：頻率響應：0.5Hz~200Hz(-3db)；靈敏度：位移型：8mV/μm±5%(或根據設備要求調整)速度型：300 mV/mm/s(或根據設備要求調整)聲波：測量聲強20~140Db；測量波形：0~5V(測量頻率
範圍20Hz~20KHz)分辨率：1Hz，精度：±1%。為電力設備檢測增加了一個重要的檢測方法。兩種傳感器可分別布置在被測設備的外觀上。為了安裝簡潔也可一體化集成，原則上兩種聲源信號不能互相干擾，獲取的信號源要符合要求，要有各有獨立處理信號的電路。
一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。具體為：實時、在線檢測電力設備內部是否存在有電弧放電和震動、機械異常位移現象，可及時有序地安排設備檢修。
一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法。具體為：使用對象是發電機、變壓器、電抗器、互感器、電容器、斷路器、避雷器、輸電(桿塔)設備等。
本發明的技術效果體現在：本發明所述的聲源，來自於電力設備本體產生的可聽聲能，與設備內部放電電弧、機械異常(震動)位移密切相關。不同於以往的電參數、化學參數及溫度等檢測手段，可達到實時、在線檢測電力設備安全狀況的效果。
第一圖：本發明電力設備聲能傳感器裝置原理示意圖。
第二圖：本發明變壓器正常運行時的幅頻特性圖。
第三圖：本發明變壓器異常運行時的幅頻特性圖。
第四圖：本發明電弧類放電信號監測全過程時域圖。
第五圖：本發明電力設備聲能在線監測系統原理示意圖。
第六圖：本發明電力檢測流程表。
本發明設計的運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，本發明的依據原理之一是，利用聲波和震動波對電力設備內部，進行電弧放電及機械類故障檢測。變壓器是變電站的“心臟”設備，以變壓器為例，變壓器本體振動完全取決於鐵芯的振動，鐵芯的振動可以近似為硅鋼片的磁致伸縮。鐵芯的磁致伸縮振動通過鐵芯墊腳和絶緣油介質的兩條路徑傳遞給油箱壁，使油箱壁振動產生聲波向四
周發射。經多台(110KV)電力變壓器研究結果表明，電力變壓器鐵芯噪聲的頻譜範圍通常在100~500Hz之間。200Hz時頻幅最強〔如第二圖〕，異常時250Hz左右頻幅最強〔如第三圖〕。第四圖是實驗室測試電力設備的放電過程。各國的電力頻率是50Hz和60Hz兩種，電力設備如：發電機、電抗器、變壓器、互感器、電容器、斷路器、桿塔等，同樣遵循電力設備的聲波特徵。
本發明的依據原理之二是，電力設備過電壓、器件老化、鐵芯異常、繞組損壞、接觸不良、電動力抖動等原因造成的電弧放電。設備正常運行時的聲頻〔如第三圖〕，異常時的放電聲頻〔如第四圖〕。
本發明的依據原理之三是，變電設備或輸電桿塔由於異常震動機械位移產生的震動波，電磁類設備不只是有鐵芯磁致伸縮現象，還有器件受電動力等情況下的抖動和共震現象。如變壓器鐵芯振動信號主要集中在100~400Hz，設備正常運行的震動波可認定為正常波，反之偏離這個頻譜段則為異常。此時設備應有器件鬆動、近區短路、接觸不良等原因造成的機械性嚴重震動缺陷。
電力設備電弧放電及異常機械缺陷診斷系統，本發明是一種利用聲能在線監測技術，不涉及系統裝置元件的定型和選擇。
電力聲能傳感器是駐極體極頭與專用場效應管(阻抗變換器)組成聲波接口電路，震動傳感器(根據電力設備的震動特徵選用類型)組成震動接口電路。
放大電路：將聲波和震動接口電路的微弱信號進行放大處理。
濾波器：將兩個信號源進行濾波處理。濾去205Hz的波形，放大異常頻率。
信號數據處理：系統電路要求超低功耗、抗干擾能力強，所以，採用應用較好的微處理器為核心處理器，進行聲信號數據採集處理。用16位單片機，採用16位總線，外設和內存統一編址，尋址範圍達64K，可外擴展存儲器，具有一個14路的12位的模數轉換器、兩路USART通信端口，一個比較器等豐富的片內模塊。
電源管理電路：選用使能端EN的穩壓電源，工作狀態下時
通過微處理器P口的電平變換進行開啟或關閉。微處理器休眠狀態時穩壓電源的使能端置於關閉狀態，放大器電源和存儲器被關閉。反之，微處理器被上位機觸發喚醒工作時，穩壓電源為開通狀態。電源，選用合適大小的太陽能面板和適當容量的蓄電池。
延時電路：變壓器投運時、斷路器分、合時、電力網路擾動時，設備內部有一個聲能變化過程，不能反映設備異常，此時可根據設備容量結合繼電保護裝置的整定值調整延時的時間。
顯示和報警電路：可用液晶顯示界面，顯示內容可選擇電源聲波、震動頻率等參數。報警顯示可採用聲光方法實現。
存儲器：平時讓系統處於休眠狀態，當上位機通過串口發指令給下位機時，微處理器被喚醒，微處理器工作時首先使穏壓電源處於打開狀態，整個電路系統開始工作。聲波和震動波的經過放大濾波後模擬信號。電路系統喚醒後可採集一定時間的聲波信息，通過存儲器進行存儲。
變壓器聲能傳感器：安裝時將傳感器牢固緊貼在設備油箱外殼，可與溫度計布置在一起並隔離外部聲源。變壓器在合閘時產生很大的沖擊涌流，此時傳感器應避過峰值和電網擾動，可與繼電保護裝置配合，防止誤報警。還應將有載開頭動作時的聲波忽視掉。將電力聲能傳感器調在變壓器的位置上，達到正確報警的目的。如能將傳感器固定在變壓器內部效果更好。
互感器、電容器、避雷器聲能傳感器：安裝時要牢固緊貼在設備靠近二次部分的外觀上並隔離外部聲源。應將傳感器調在互感器、電容器或避雷器的位置上，達到正確報警的目的。
斷路器聲能傳感器：為便於觀察和維護，將傳感器安裝在高壓斷路器的下部，若是分相斷路器則每相裝一個傳感器。由於斷路器分、合閘會產生較強的震動，為防誤報警應將傳感器調在斷路器的位置上，達到正確報警的目的。
電力設備聲能在線監測系統原理〔如第五圖〕，請參以下敘述。
下位機：將所有設備上的採集信號進行接受，不同的設備有不同的頻率定位，其頻率按照一定的時間進行周期性掃描，將檢出的有異
常信號的設備傳到信號處理模塊。
信號處理：將接受到的異常信號進行存儲並傳送到集測中心。
集測中心：變電站聲波集測中心將各個聲波傳感器採集到的電信號匯流到集測中心，對有異常聲波的變電設備發出預警並傳遞到調度、運行、檢修終端。一但發現異常設備即刻跟踪報警。
調度、運行、檢修終端：調度部門根據預警信號，及時更改運行方式或提請運行和檢修部門注意。運行部門根據預警信號及時派人到現場觀察設備是否有其它異常，如外觀檢查、儀表檢查、紅外測溫等。檢修部門根據預警信號及時派人到現場做帶電檢測工作，組合該設備以往的檢修經歷做出檢修決策。
聲能檢測裝置也可製作成便攜式巡檢儀器。
變電站一般不會連入lntemet網路，組網可採用局域網或其它的方式實現。
本發明涉及到電力設備檢測技術的進步，使得檢測方法更加科學可靠。本發明對設備的狀態評價有很大的幫助作用，運行人員巡視設備有了新的狀態量證明。此項技術有成本低、器件成熟、安裝方便、可預警、收效顯著的特點。預期在電力行業會有很大的發展前景。
本發明能定性確定缺陷類型，能及時提供檢修依據，同時可補充國際電工委員會(IEC)標準，使得運行、試檢、檢修更加科學全面。
Claims (4)
- 一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，具體為：通過聲能特徵(20Hz-20KHz)和震動頻率將電力變電設備納入檢測對象。
- 根據權利要求1所述的運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，其中該內容：可將聲波和震動傳感器列入電力設備聲能在線裝置的採樣方法。
- 根據權利要求1或2所述的運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，其中該具體對象是：發電設備、一次變電設備、輸電設備。
- 一種運用聲能特徵判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法，具體為：通過聲波和震動波的檢測手段判明設備運行中，是否有電弧放電和機械震動、異常位移的嚴重缺陷，該方法可以製作成電力設備聲能特徵便攜式巡檢儀器，也可或製作成用聲能原理進行實時、在線電力設備檢測系統。
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