《電力變壓器有載分接開關(guān)機械特性的聲紋振動分析法》

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T/CEC

中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準

T/CETXXXXX—XXXX

變壓器有載分接開關(guān)機械特性的

聲紋振動分析法

Vibrationanalysismethodforthemechanicalpropertiesofon-loadtapchangerin

powertransformer

征求意見稿

（本稿完成日期：2022年6月20日）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布

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I

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電力變壓器有載分接開關(guān)機械特性的聲紋振動分析法

1范圍

本文件規(guī)定了電力變壓器有載分接開關(guān)聲紋振動的檢測原理、檢測儀器要求、測試要求

和聲紋振動信號分析方法。

本文件適用于交流額定電壓110kV及以上電力變壓器有載分接開關(guān)停電/帶電測試的聲

紋振動分析，換流變壓器有載分接開關(guān)的聲紋振動分析可參照本文件。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T6587電子測量儀器通用規(guī)范

GB/T10230.1分接開關(guān)第1部分：性能要求和試驗方法

GB/T10230.2分接開關(guān)第2部分：應(yīng)用導(dǎo)則

DL/T265變壓器有載分接開關(guān)現(xiàn)場試驗導(dǎo)則

DL/T574變壓器分接開關(guān)運行維修導(dǎo)則

DL/T1538電力變壓器用真空有載分接開關(guān)使用導(dǎo)則

JB/T8314分接開關(guān)試驗導(dǎo)則

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

有載分接開關(guān)on-loadtapchanger

適合在變壓器勵磁或負載下進行操作的用來改變繞組分接位置的一種裝置。

[GB/T10230.1—2007，3.1]

3.2

振動特性測試vibrationcharacteristictest

通過振動加速度傳感器采集變壓器有載分接開關(guān)操作時產(chǎn)生的振動信號，分析判斷變壓

器有載分接開關(guān)工作狀態(tài)的測試。

3.3

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聲紋測試vocalprinttest

通過非接觸式的傳聲器采集變壓器有載分接開關(guān)操作時產(chǎn)生的聲波，分析判斷變壓器有

載分接開關(guān)工作狀態(tài)的測試。

4檢測原理

有載分接開關(guān)是在變壓器負載回路不斷電的情況下，改變變壓器線圈有效匝數(shù)的機械裝

置，由安裝在變壓器箱壁的電動機構(gòu)經(jīng)轉(zhuǎn)動軸、傘型齒輪箱轉(zhuǎn)動進行操作。每次操作都遵循

先預(yù)選分接后切換的原則：第一步是分接選擇器在無電流下預(yù)選一個與工作分接相鄰的分接；

第二步，切換開關(guān)將電流從工作分接轉(zhuǎn)移到預(yù)選分接。操作過程中機構(gòu)零部件的碰撞或摩擦

如開關(guān)觸頭的閉合等會引起機械振動，產(chǎn)生連續(xù)的振動信號?？赏ㄟ^監(jiān)測有載分接開關(guān)振動

事件及其變化來獲取機械性能的異常變化。

通過在變壓器油箱或有載分接開關(guān)頂蓋上安裝一個或多個振動傳感器來獲取有載分接

開關(guān)切換過程中的振動特征信號，或者在變壓器有載分接開關(guān)附近放置傳聲器，對開關(guān)切換

中轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動段和開關(guān)切換過程的相關(guān)振動現(xiàn)象引發(fā)的聲信號進行檢測提取，再通過信號處理

算法提取包含在信號中的設(shè)備狀態(tài)特征信息，評估設(shè)備的運行狀態(tài)，診斷故障位置和原因。

5檢測儀器要求

5.1供電電源

5.1.1采用交流電源供電的裝置

采用交流電源供電的裝置，在如下供電電源條件下應(yīng)能正常工作：

——電源電壓：交流220V；

——電壓允許誤差：±10%；

——電源總諧波含量：≤5%；

——電源頻率：50Hz；

——頻率允許誤差：±1%。

5.1.2采用電池供電的裝置

采用電池供電的裝置，持續(xù)工作時間宜不小于8h，電池應(yīng)便于更換。

5.2頻率測量范圍

檢測儀器及所用聲學(xué)傳感器中，若采用數(shù)字傳聲器總體頻率覆蓋范圍為100Hz-80kHz，

靈敏度不小于-26dB；采用模擬傳聲器覆蓋范圍為100Hz-80kHz，可聽聲傳感器靈敏度不低

于-24dB。

檢測儀器所用振動加速度傳感器的頻率范圍應(yīng)覆蓋0.5-20kHz，靈敏度不小于100mV/g。

5.3信號采樣頻率

聲紋信號的采集需要使用專用聲陣列及采集處理主機進行采樣，可聽聲信號的采樣頻率

應(yīng)不小于50kHz，最小分辨率應(yīng)不小于mV級。

振動信號的采樣可以采用示波器或其他測量儀器，信號的采樣頻率應(yīng)不小于50kHz，最

小分辨率應(yīng)不小于mV級。

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5.4信號觸發(fā)方法

信號觸發(fā)宜采用電動機電機電流或手動觸發(fā)方式。

5.5數(shù)據(jù)存儲

應(yīng)能夠自動存儲測試數(shù)據(jù)和相應(yīng)測試信息，存儲容量不應(yīng)小于500組測試數(shù)據(jù)，應(yīng)具備

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

6測試要求

6.1環(huán)境要求

測試環(huán)境應(yīng)滿足如下要求：

a）環(huán)境溫度：-10℃~50℃；

b）相對濕度：不宜超過80%。

6.2接線要求

將測試儀可靠接地，信號線與傳感器、檢測裝置應(yīng)接觸緊密，增強抗電磁干擾能力，提

高信噪比。

6.3信號傳輸方式

傳感器信號輸出導(dǎo)線應(yīng)采用單芯同軸電纜，或信號放大處理后采用光纖傳輸方式。

6.4傳感器的安裝方式

聲學(xué)傳感器及采集主機固定在可伸縮支架上，支架便于移動及調(diào)節(jié)，陣列依據(jù)現(xiàn)場工作

環(huán)境進行陣型設(shè)計及安裝距離調(diào)節(jié)。振動加速度傳感器的安裝方式宜采用螺栓或粘合安裝方

式，采用磁吸安裝時，磁力座的磁力范圍宜不小于6T。應(yīng)盡量保持每次測量時傳感器放置

在相同的位置。系統(tǒng)的測試接線原理圖見附錄A。

6.5傳感器安裝部位

聲學(xué)傳感器采用非接觸方式安裝在有載分接開關(guān)的1-2m范圍內(nèi)。振動加速度傳感器的

安裝，宜就近安裝在有載分接開關(guān)頂蓋或外側(cè)對應(yīng)的變壓器油箱外壁上，必要時可安裝在齒

輪盒上。

6.6測試步驟

有載分接開關(guān)聲紋振動測試步驟為：

a)放置振動加速度傳感器（有載分接開關(guān)頂蓋或變壓器箱壁），放置聲學(xué)傳感器，位

置應(yīng)做好標記；

a)連接傳感器至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確?？煽窟B接；

b)打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)置傳感器靈敏度等參數(shù)，確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作；

c)經(jīng)有載分接開關(guān)控制箱選擇切換檔位；

d)采集有載分接開關(guān)切換過程中的振動或聲紋信號，并存儲測試數(shù)據(jù)。

7聲紋振動信號分析診斷方法

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7.1測試數(shù)據(jù)分析

電力變壓器有載分接開關(guān)切換時的振動信號可分解為轉(zhuǎn)動軸段和切換段兩段。其中，轉(zhuǎn)

軸轉(zhuǎn)動段為循環(huán)平穩(wěn)信號，切換段為沖激性信號。有載分接開關(guān)聲紋振動典型信號及其分段

參見附錄B、附錄C，信號分段方法參見附錄D。測試數(shù)據(jù)分析方法主要有包絡(luò)曲線分析、

頻譜分析等。

7.2包絡(luò)曲線分析

通過分析有載分接開關(guān)聲紋振動信號包絡(luò)曲線與正常曲線的波形差異，判斷有載分接開

關(guān)運行情況。適用于有載分接開關(guān)滑檔、制動異常、驅(qū)動機構(gòu)潤滑不足或卡澀等故障情況分

析。用包絡(luò)曲線分析判斷有載分接開關(guān)故障方法參見附錄E。

7.3頻譜分析

通過對有載分接開關(guān)聲紋振動信號進行頻譜分析，計算信號的功率譜、尺度譜等，判斷

有載分接開關(guān)運行狀況。用頻譜分析判斷有載分接開關(guān)故障方法參見附錄F。

7.4判斷原則

典型的有載分接開關(guān)振動信號，在轉(zhuǎn)動軸段應(yīng)該是平穩(wěn)且數(shù)值較小，不存在明顯的尖峰

或毛刺。在切換段，有載分接開關(guān)存在不同機械缺陷時其振動信號在幅值、波形特征上均出

現(xiàn)一定差異。對電力變壓器有載分接開關(guān)聲紋振動進行測試和分析時，可按照一定的流程進

行，逐檔測試有載分接開關(guān)切換時的振動信號，利用各種數(shù)據(jù)分析方法，通過對比同一臺設(shè)

備在不同時間內(nèi)測試結(jié)果的變化，以及有載分接開關(guān)正常和異常時的不同信號特征，判斷設(shè)

備的運行狀況。電力變壓器有載分接開關(guān)存在異常時的振動信號參見附錄G。

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附錄A

（資料性附錄）

有載分接開關(guān)聲紋振動分析的測試接線原理圖

聲紋檢測方法如圖A.1所示，傳感器采用非接觸方式安裝在變壓器箱壁外側(cè)靠近有載分

接開關(guān)的1-2m范圍內(nèi)。采集信號需經(jīng)過降噪處理，去除變壓器鐵芯振動引起的背景噪聲信

號后展開分析和診斷，若存在分載開關(guān)異常運行狀態(tài)，則給出故障報警信號，并顯示輸出結(jié)

果。

振動檢測方法如圖A.2所示，在變壓器箱壁上布置振動傳感器，傳感器輸出信號經(jīng)過功

率放大器進行信號數(shù)據(jù)采集，將采集數(shù)據(jù)經(jīng)信號處理后開展分析診斷，診斷出有載分接開關(guān)

運行狀態(tài)，如有異常則給出故障報警信號，并顯示輸出結(jié)果。

圖A.1聲紋檢測方法

圖A.2振動檢測方法

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附錄B

（資料性附錄）

典型振動信號波形

電力變壓器有載分接開關(guān)切換時典型的電機電流和振動信號如圖B.1所示。從電流信號

起始到振動信號明顯增大前為轉(zhuǎn)動軸段振動信號，緊隨其后是切換段振動信號。

圖B.1有載分接開關(guān)電機電流和振動信號

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附錄C

（資料性附錄）

典型聲紋信號波形

電力變壓器有載分接開關(guān)切換時典型的聲紋信號如圖C.1所示，其中開關(guān)切換段對應(yīng)的

聲事件信號為沖激性信號，如圖C.2所示，轉(zhuǎn)動軸段為循環(huán)平穩(wěn)信號，如圖C.3所示。

圖C.1有載分接開關(guān)典型聲紋信號

圖C.2有載分接開關(guān)切換段典型聲紋信號

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圖C.3有載分接開關(guān)轉(zhuǎn)動軸段典型聲紋信號

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附錄D

（規(guī)范性附錄）

基于短時能量的變壓器有載分接開關(guān)信號標記

短時能量分析法是一種短時分析方法，常用于語音信號處理。短時能量函數(shù)S(n)定義為：

∞

+?

∞222

??=