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摘要：在我国经济社会高速发展时期，电力设备的正常运行起着重要的保障作用。目前除了运用传统的检测方法外，还可以利用振动分析的手段来进行电力设备状态的检测。本文主要针对电力设备检测当中的一些问题，介绍了振动分析自电力设备状态检测中的具体应用方式。并根据当前的振动分析技术的不断完善对震动分析在电力设备状态检测中的发展期望。
关键词: 振动分析；电力设备；状态检测；故障诊断
前言：电网中电力设备的运行状态对系统的安全运行异常重要。以往国内都采用离线例行试验与操作对电气设备进行定期检修,这种计划性的预防检修盲目性大,频繁的操作及过度的拆卸检修会降低电气设备工作的可靠性。近年来,状态检测技术得到电力设备制造商和应用部门的广泛重视。状态检修可给现场工作人员提供实时的设备运行信息,预测可能发生的故障,从而协助工程师做出最优的维护方案。振动分析是一种体外的检测手段。主要工作原理是将震动传感器安装到设备表面，然后根据传感器发出的震动信号来监测设备的运行情况，并且反馈电力设备的主要特征信息。最后将所提取出的数据信息进行整合，运用普遍运用的故障诊断方法来监测当前的设备状态以及对于电力设备的工作能力进行评估。由于当前振动分析技术中信号处理技术在不断完善和发展,人们可以获取更多系统完备的设备信息。进而得出电力设备当前的额运行情况和工作状态。
1、电力设备状态检测的必要性
电力设备一般是在复杂的环境中运行，承受着来自电力的、热力的、机械的等各方面的负荷压力，还有外界的自然环境方面的影响。电力设备的长期不间断运行，在高电压、高温度的持续作用下，绝缘材料的结构成分会有所变化，绝缘性能逐步下降，最终会导致绝缘性能的破坏[1]。同时，受环境的影响，裸露在大气中的绝缘材料会形成破损，引起表面漏电，形成事故隐患。设备的导电材料在复杂的环境下，也会逐渐的发生变化，在长期的运行中性能、可靠性大大降低，同时故障的发生率加大，系统的安全运行受到威胁。要及时有效的对电力设备进行状态检测，查找运行中存在的问题，防微杜渐，杜绝事后解决问题。
2、振动分析在电力检测中的应用
在以往的电力设备状态进行检测时，都是使用离线例行试验与操作的方法。这种方法存在很大的盲目性和无目的性，需要对电力设备进行频繁的拆卸检修，这样会造成电气设备的性能的降低。最近几年，对与电力设备的状态检修不断的加大关注力度。状态检修可以提供实时的设备状态信息，及时有效的了解信息，并提出解决方案进行优化解决[2]。
目前电力设备状态检测常用的技术是振动分析技术。在电力设备表面安装一个或是多个振动传感器，来获得设备在运行中的振动频率，根据振动频率来判断设备的运行状态，能够掌握设备的实时运行信息。通过不同的振动频率判断的设备运行状态，采用有效的故障诊断方法来评估设备的运行状态。不同故障所对应的频率不同，也有可能多种故障的频率具有相似性，所以要从振动频率等信息中提取更多的更丰富的信息进行技术分析判断。
我国在电力设备方面，振动分析技术主要应用于电力变压器和断路器的状态检测中，但还都是处在初始阶段，正在摸索中。
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3、振动分析在变压器状态检测中的应用
（1）绕组和铁心的振动检测
在变压器中其中一个经常能见到的故障就是绕组和贴心故障。电力变压器在运行时，硅钢片的磁致能够进行伸缩，从而会引起铁心震动。另外绕组在负载电流电场力作用下也是会空产生振动的[3]。变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态直接关系着变压器表面的振动。所以在检查变压器绕组和铁心的工作状态时可以通过检测电力变压器油箱表面的振动情况来进行判断。
在我国，对绕组和铁心的振动检测还处于初步阶段。对绕组振动和铁心压紧状况之间的关系进行分析主要是通过建立绕组振动的数学模型。从磁致伸缩方面研究铁心的振动起因。
（2）有载分接开关的振动检测
有载分接开关，是一种为变压器在负载变化时提供恒定电压的开关装置。其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的。有载分接开关是变压器中唯一的运动部件。变压器运行故障的其中一个主要原因就是有载分接开关。
在正常状态下，通过提取试验下的平均值作为状态检测的标准，对有载分接开关的振动信号进行分析。在故障状态下,通过比较振动信号包络之间的差异来判断有载分接开关是否正常。
4、断路器的振动检测
根据断路器事故的统计，其中占首位的是机械原因造成的事故。主要包括机构拒分、拒合和误动。所以提高断路器机械故障的检测是十分有意义的，有助于发现潜在的隐患。
根据机械振动的信号，对断路器进行故障的诊断。但是由于某些局限性，对机械振动的信号收集的不够，对信号的分析提出了严格的考验。在对振动信号的分析和处理上已经有了一些可用的处理方法[4]。主要包括两个方面：一是在信号的产生和传播分析方面进行了大量的数据分析和实验研究；二是在特征量提取方面，美国一个研究小组提出了辨识振动信号特征的方法。把断路器正常状态和待检测状态的数据进行比较，得出一个参数R，用这一参数作为状态识别的特征量。
当前我国国内关于机械振动信号的断路器状态检测以及故障诊断技术研究仍然处于初级阶段。近些年来主要的研究分析内容都集中在振动信号的获取、振动信号处理方法以及诊断系统的开发和应用。早在20世纪末,清华大学电机工程与应用电子技术系对断路器机械振动信号进行过初步研究，并且得到了一些有价值的研究成果[5]。在对断路器振动信号进行试验研究的基础上,将振动分析应用到高压断路器的在线状态检测中,同时研制出相应的状态检测装置断路器在负载操作时,机构特性必然会受到触头间电动力的影响。对于短路开断下电动力对振动信号的影响,目前还缺乏相关的实验分析。为了将振动分析方法更好地推广到在线应用的场合,应该在今后加强这方面的研究工作,尽可能多地获取断路器的现场数据加以分析对比,才能不断提高这些方法的实用性。另外,对于断路器机械状态和特征量之间的对应关系,一直是断路器状态检测中普遍存在的难点,在今后的研究中也应该引起足够的重视。
结语：
对我国的电力设备系统而言，采取振动分析面临着的首要问题是如何提取合适的特征参量。其中小波变换可以将振动信号分解到时间这一度量领域内。这样的分析具有时频局部化分析的良好性能。对于非平稳信号分析较为适合，因此使得这一分析技术逐步成为各种电力设备振动信号分析的首选方法。合适的信号的处理方法对于变压器有载分接开关和断路器中的振动分析都有重要的作用。在这两种振动分析中，他们的信号都是非平稳的瞬间的，所以旋转设备中的很多方法都不能在这两种分析中直接使用。因此限制了这两个领域的振动分析的应用和发展，所以对于这两个领域来说，寻找合适的信号的处理方法也是非常必要的，是今后研究中需要关注的重点。
参考文献：
[1]杜远.机电设备相关滤波诊断方法与远程监测技术研究[D].西安:西安交通大学.2002.
[2]何正嘉.我国小波应用技术的现状和紧张[J].振动工程学报.2002.
[3]王世山，汲胜昌，李彦明.利用振动法进行变压器在线检测的应用研究[J]. 变压器.2002.
[4] 汲胜昌.变压器绕组与铁心振动特征及其在故障检测中的应用研究[D].西安:西安交通大学.2003.
[5]孟水鹏，贾申利，荣命哲.短时能量端点检测法在断路器状态检测中的应用[J]. 西安交通大学学报.2004.
论文作者:杨俊锋,闫志雄
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：状态论文; 电力设备论文; 断路器论文; 绕组论文; 信号论文; 变压器论文; 铁心论文; 《电力设备》2016年第15期论文;