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摘 要：当前伴随城市建设进程的深化，各行业领域迎来了新的发展机遇，电力行业不仅要满足高负荷运行需要，更要保障稳定性与安全性，有载分接开关恰好可以在负荷条件下，对变压器电压比进行调控，从而实现不断载调压，十分适用于当前电网运行环境。本文聚焦有载分接开关机械故障问题，从电机电流检测角度出发，对其检测原理、流程进行了系统分析。
关键词：电机电流检测;有载分接开关;机械故障诊断
在电力变压器运行过程中，有载分接开关起着关键的调压作用，直接制约着电力系统运行质量，然而受多方因素影响，近年来其故障率仍旧居高不下，在事故总数中占比可达20%以上，其中尤以机械故障频率最高，触头接线不良、弹簧疲劳等，均是极为常见的类型，一旦发生将造成较为严重的后果，因此有必要对其监测、诊断方式进行有益探讨。
1有载分接开关结构及常见故障概述
有载分接开关主要面向绕组分接头进行操作，能够在变压器负载状态下完成分接头之间的转化，从而改变有效匝，完成调压过程，为满足其运行环境需求，负载电流不能出现间断，在切换分接环节，断弧性能也必须完好，电阻式组合型是较为常见的种类，其主要结构可分为3个部分，其中切换开关最为关键，可以在快速机构的帮助下，完成负载电流切换的功能;分接开关则能够在一定的顺序设定下，使待换接接头联通，承担起连续负载职责;操作机构则担任动力供应的角色，帶有安全连锁、限位及记数等辅助装置，借助电动机轴带等与本体相连，通常位于油箱外壁。其常见故障主要有以下几种：首先是快速机构故障，该种状况下，开关触头会停止运动，持续停留在过渡位置，造成这一状况的原因主要是弹簧拉断、传动机构卡滞等;其次是过渡电阻断开或短路，若该状况未能及时被诊断、排除，那么负荷切换时，极有可能出现负载电流中断、高压绕组分接线短路等状况，最终致使变压器损坏;最后还有切换开关触头发热、油质劣化等故障，任何一种状况的发生，均有可能导致变压器运行质量下降，甚至带来严重的安全问题。
2有载分接开关机械故障诊断分析
有载分解开关在变压器运行中，有着不可替代的关键作用，当前针对其故障检修开展的研究也不在少数，常见的主要有以下几种：首先是振动法，由于有载开关切换环节中，会产生较为明显的振动信号，因此可以在传感及转化设备的帮助下，对该类信号进行采集和分析，提取其中有关的机械特征量，发现潜在的故障风险。但实际应用时，发现变压器噪声会对监测结果产生一定干扰，同时弹簧故障等类型中，振动信号衰减较为明显，振幅监测并不理想，诊断准确度较难保障;其次是油色谱法，绝缘油溶解气体是其主要监测对象，技术人员可以在专业设备的帮助下，对其组分含量进行分析，从而判断是否存在放电、过热等隐患。这种方式较为便捷，准确率也相对较高，但只支持现场分析，无法满足远距离、实时化监控需求。与上述2种方式相比，电机电流检测的自动化、智能化特征更加明显，非接触测量模式也不会对电机正常运行产生干扰，与当前电力系统运行实际更加匹配。
设计的采集系统共分为3个部分，即电机电流传感器、数据采集仪以及软件系统，驱动器设置时，综合响应速度、精准性等因素考量，采用了三相异步电机作驱动，遵循霍尔效应运行规律[1]，可以较好满足实际需求;电流传感器设置环节，采用了CPC卡钳型式，总体量程较大，在0至25kHz的区间之内，精度大致为1%，面对正负500A的交流、直流电流时，均能很好执行采集任务。正式采集时，电流钳位于一相进线处，完成电机电流信号获取、整合后，会直接传输给调理电路，并由采集卡进行存储。以档位切换单位时间为基准，对电机电流信号进行采集，发现其动作时间大致维持在4.4s，电机启动环节，瞬时电流峰值可达到3.38A，经过0.2s的波动后，逐渐缓和、平稳下来。分接开关电流会率先增大，经过2.4s后逐渐减小，选择结束后，弹簧带动触头进行切换，电机电流再次呈现上升状态，经过4s左右的维持时间后，立即减小，切换时间、波幅形状均较为稳定，如果发现异常，可说明或许有故障发生。单一的波形分析难以得出准确结论，因此本文还引入包络线分析方法，借助Hilbert幅值调制法进行包络提取[2]，设电机电流信号为x（t），经过Hilbert变换后，可得：
其中*代表卷积运算符。为验证该方式是否具有机械故障诊断效用，对有载分接开关重要构件部位进行扭矩应变力包络提取，将之与电机电流包络对比后，发现二者相似度较高，经过线性拟合操作，回归方程为：
γ = -162.5I2+30.8I+15.6
相关系数计算可得0.9634，说明二者相似度较高，能够满足监测诊断需求。据此，在实验室中模拟了多种故障状态，并面向故障信号采集结果，进行了统一的包络提取，结果发现，正常状态下触头大致在3.8s左右完成切换，电流幅值为0.47A，电流平均值计算可得0.435A。而在传动机构卡涩状态下，电流幅值与切换时间数值均有所增大，分别为0.56A、4.7s，平均电流可达0.523A。弹簧疲劳状态下，必须借助更大力矩完成转动，因此切换瞬间电流明显增大，可达0.52A，切换时间为4.3s，平均电流则为0.462A，后2项参数变化并不明显。
结论：综上所述，在有载分接开关故障类型中，机械故障占比最多，可对变压器状态产生明显影响，在电机电流检测方案下，诊断过程更加便捷，能够满足实时监测需求。当故障发生时，电机电流波形变化较为显著，瞬时电流峰值、切换时间等参数，均有不同程度的上升，实用性能良好，有助于提升变压器稳定性。
参考文献：
[1]陈明，马宏忠，徐艳.基于数据采集卡的变压器有载分接开关监测系统设计[J].变压器，2019，56（12）：30-34.
[2]陈明，马宏忠，潘信诚.基于电机电流检测的有载分接开关机械故障诊断[J].大电机技术，2020（05）：71-75.
作者简介：
郭叙蕊（1981.5），女，河北石家庄人，硕士，机械设备管理方向。