石家庄供电公司
摘要：国家电网公司在2019年两会报告中提出建设泛在电力物联网，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，为电网安全经济运行、提高经营业绩，提供强有力的数据资源支撑。在此背景下，本文结合变电检修室专业特长，对故障影响最大，发生率最高的变压器有载分接开关提出一种新型的带电检测诊断技术。
关键词：无线通信；变压器；故障诊断
引言
近年来，随着我国社会经济的快速发展，我国电力企业也加快了发展步伐。变压器作为变电站内的主设备，在电网中的作用尤为重要，而有载调压变压器在电力系统中发挥了联络电网，调节有功与无功潮流以及稳定负荷中心电压的重要作用，在电网中得到了愈加广泛的应用。有载分接开关是有载调压变压器中唯一的可动部件，也是关键部件之一。有载分接开关的制造质量和运行、检修技术水平直接关系到有载调压变压器的安全运行。
实际运行过程中，有载分接开关故障较多，故障原因复杂。常见有三相切换不同期，切换时间过慢或过快，滑档以及机械卡制等原因。作为有载调压变压中的唯一的高电压大电流下运行的可动部分，切换开关触工作状态直接反应了有载分接开关的运行状态。在触头接触电阻增大时，开关装换过程中，切换电流是正常工作电流的几倍到数十倍，会引起局部过热，以及抽头接触附近的电场分布不均造成的局部放电。
一、变压器有载开关故障现状分析
1.变压器设备繁多，有载开关故障重点突出。
目前，石家庄供电公司有变电站200余座，变压器有400余台，作为变电站内的主设备，保证变压器安全稳定运行是日常检修试验工作的重中之重。而变压器故障中80%均为有载分接开关故障。现场测试安全风险高、劳动强度大、现场布线乱、数据分析困难，需花费大量的人力、物力，并且不能及时发现有载分接开关的机械故障和电气故障，难以满足精细化检修要求。
2.有载开关试验需在主变各侧接线，安全风险高、劳动强度大
现场有载开关试验，需要两名人员操作仪器，1名人员动作有载开关，至少还两名工作人员爬上主变，在主变各侧进行接线，需要多次上下套管进行接线，安全风险高、劳动强度大，现场布线乱，需花费大量的人力、物力。
3.有载开关故障类型多，小故障发生后不能及时发现
有载开关主要厂家有两个，型号有十余种，内部故障分为机械故障和电气故障，且内部结构复杂，螺丝的轻微松动就可发展为大型事故，但传统的有载开关维护仅靠日常停电试验（周期为6年）和动作次数吊检（每5000次吊检一次）两种方式，无法及时发现小型故障缺陷，仅能在到周期或发生主变故障跳闸后方可发现。
4.有载开关停电试验电压低，试验数据处理分析难
有载开关试验分为吊检试验和日常例行试验，都需要停电进行，试验方法又分为交流法直流法两种，均无法到达实际运行电压，且输入电流仅为1A，无法模拟实际电压电流下的运行工况。有载开关停电试验结果为试验数据+试验波形形势，试验数据可通过人工进行参数对比，试验波形仅能依靠工作人员经验，试验数据分析困难。
二、有载开关故障诊断平台技术内容
1、通过试验数据统计，在实验室内装设变压器有载分接开关电流监测传感器，设置有载开关典型缺陷，通过直接监测有载开关切换电流波形。
2、总结有载分接开关带电监测电流的故障特征变化规律，建立有载分接开关运行状态数据库，根据模糊理论进行推理，实现有载分接开关的故障判断和准确预警，并进行模型验证。
3、使用互联网、无线通信、智能传感技术、大数据分析计算工具开发基于无线通信技术的主变有载开关带电诊断平台
4、选择典型示范区，现场试验所搭建平台的准备性和可靠性。
原理图
三、有载开关故障诊断平台技术特点
1.改停电试验为带电检测，直接读取有载开关运行试验数据。
切换开关触工作状态直接反应了有载分接开关的运行状态。在触头接触电阻增大时，开关装换过程中，切换电流是正常工作电流的几倍到数十倍，通过霍尔理论钳型电流表直接进行负载电流信号采集，信号处理回路的积分器对互感器的数据进行积分，还原一次波形，即在变压器运行情况下直接读取有载开关动作数据，能够及时反映有载开关内部故障。
2.提高检测电压电流，提升监测数据准确性
在变压器全电压运行状态下进行主变有载开关动作信号监测，将采集的大量的电流波形进行信号处理，采用小波分析算法准确地辨识有载分接开关切换电流的瞬态变化，提取故障特征。应用马尔科夫链算法，建立典型故障模型库。通过该创新点可准确判断出有载分解开关的运行状态，给出缺陷类型。该部分解决了检修和试验人员的数据分析痛点。
3.建立波形及数据数学模型，自动分析判断运行状态。
建立有载分接开关运行状态数据库，根据模糊理论进行推理，实现有载分接开关的故障判断和准确与预警。利用霍尔理论高精度钳型电流表，在有载开关动作回路上取电流电压型号，自动根据动作情况生成波形图和数据图，并根据数据库分析，自动分析判断有载开关运行状态。
4.搭建变压器有载开关泛在电力物联网平台
搭建变压器有载开关泛在电力物联网平台，平台搭建后，可通过办公室内网及掌上APP客户客户端，随时随地查看各个主变有载开关切换次数，实现设备所有参数信息存储，能够全天候监视有载开关电流变化，并利用中心计算机的大数据分析功能对历史波形和实时数据进行AI分析判断，提出运维和检测计划建议。该部分解决了主变有载分接开关在日常修试中存在的安全风险高、管理效能低、劳动强度大等痛点问题。
四、技术应用结果
1.安全效益
应用研制的变压器有载开关故障诊断平台，能够实时监测有载开关运行状态，及时反映出三相切换同期性，过渡时间，是否出现滑档、切换过慢等缺陷，保证了变压器调压的稳定性，提高了电网运行水平；此外，由于减少了对分接开关吊装维护修试，避免重新安装时埋下新的隐患，影响设备安全。避免了传统停电试验的多次上下攀爬变压器，工作安全系数大大提高。
2.经济效益
可以减少变压器的停电时间，减少调度、运维和检修人力物力的投入。可以避免试验操作人员对分开关的平繁操作，该项目的试验操作时间由120分钟直接缩减为30分钟，试验人员由5人缩减为2人，每次节约用工成本1.5小时*3人*200元/人小时=900元，按照市公司400台变压器计算，一个检修试验周期可节约用工成本36万元。增加售电量收益约800*1.5小时*3500kW*0.5元/kWh=210万元.
3.社会效益
避免调控、运维、检修的三方联系，节约了变压器试验工作的停电时间，提升企业内部的管理效能，保证社会用电的可靠供应，树立公司良好形象。
结束语
目前用于有载分接开关的运行状态的物理量包括开关动作产生的机械振动、驱动电机旋转角速度、驱动电机电流、电动机构负载转矩、开关本体、切换触头间电压波形等。实际上占到有载分接开关故障70%-80%的过热故障和放电故障，其原因可归结为开关触头接触电阻的增大引起。故可通过分接开关转换的过程中的电流变化进行接触状态以及运行状态的判断。
本技术采集装置通过直接采集有载分接开关实时动态电流波形，对所采集的电流信号进行特性提取和故障识别，诊断切换开关触头接触情况和机械部件运行情况，及时预警有载分接开关的电气故障和机械故障，为合理检修和后续改进提供实时的现场运行数据。
论文作者:王淇锋、李炀、彭紫楠
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/8
标签：故障论文; 变压器论文; 电流论文; 波形论文; 数据论文; 电压论文; 运行状态论文; 《当代电力文化》2019年第12期论文;