本发明涉及电故障的探测装置技术领域，具体涉及一种换流变用有载分接开关机械状态评估方法。
背景技术：
有载分接开关是换流变压器的核心部件，具有补偿换流变网侧交流电压的波动变化、调整换流阀触发角处于最佳运行工作范围、实现直流降压运行模式等重要作用。
有载分接开关是换流变压器中唯一的机械运动部件，尤其是真空有载分接开关，只有在其机械性能良好的情况下才能正常发挥作用。根据对变压器可靠性开展的2次世界范围内的调查，50％左右的变压器事故原因是有载分接开关这个旋转运动部件，而有载分接开关超过70％以上的故障原因是机械故障。目前，除停电检查和解体检查外，分接开关的机械故障仍没有有效的在线检测手段。
技术实现要素：
针对现有技术中的不足，本发明提供一种换流变用有载分接开关机械状态评估方法及系统，基于振动信号时频域特征的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，可在带电情况下开展换流变用有载分接开关的振动测试，进而分析评估有载分接开关的机械状态，可有效检测传动轴和齿轮故障、驱动电机故障、切换时序异常以及机械结构松动、断裂等机械故障。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其包括以下步骤：
步骤1：获取待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关的在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形，其中，标准相换流变的有载分接开关为同型号备用相正常的换流变的有载分接开关；
步骤2：根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图；
步骤3：根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，进一步地，加速度峰值不平衡度超过30％，则判断有载分接开关存在机械缺陷。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，进一步地，加速度峰频谱最大值对应的频率迁移至中频段，则判断有载分接开关存在机械缺陷，所述中频段为范围5khz～10khz。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，进一步地，振动加速度信号的振荡衰减超过60ms，则判断有载分接开关存在机械缺陷。
一种换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其包括
加速度传感器，其分别用于采集待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形；
多通道采集卡，其用于将采集的振动加速度信号波形模拟信号分别转换成数字信号导入计算机；以及
计算机，其上搭载振动信号分析软件，用于根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，进一步地，所述振动信号分析软件根据加速度峰值不平衡度超过30％，以判断有载分接开关存在机械缺陷。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，进一步地，所述振动信号分析软件根据加速度峰频谱最大值对应的频率迁移至中频段，以判断有载分接开关存在机械缺陷，所述中频段为范围5khz～10khz。
如上所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，进一步地，所述振动信号分析软件根据振动加速度信号的振荡衰减超过60ms，以判断有载分接开关存在机械缺陷。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：在换流变带电运行情况下，测量分接开关切换过程的振动加速度信号，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间、频谱图的差异，判断待检测有载分接开关的机械状态，可有效检测传动轴和齿轮故障、驱动电机故障、切换时序异常以及机械结构松动、断裂等机械故障。
附图说明
图1为获取的有载分接开关振动加速度的波形图，其中，图1(a)为待评估的换流变的有载分接开关的波形图，图1(b)为标准相换流变的有载分接开关的波形图；
图2为有载分接开关切换过程的振动加速度，其中，图2(a)为待评估的换流变的有载分接开关切换过程的振动加速度的波形图，图2(b)为标准相换流变的有载分接开关切换过程的振动加速度的波形图；
图3为有载分接开关振动加速度的频谱图，其中，图3(a)为待评估的换流变的有载分接开关振动加速度的振动加速度的频谱图，图3(b)为标准相换流变的有载分接开关振动加速度的频谱图；
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参见图1至图3，一种换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其包括以下步骤：
步骤1：获取待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关的在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形，其中，标准相换流变的有载分接开关为同型号备用相正常的换流变的有载分接开关。
步骤2：根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图。
步骤3：根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
以某±500kv换流站内换流变为例，极1yy型换流变a相的有载分接开关为待评估对象，则选取同型号备用相yy型换流变的有载分接开关作为比较对象，同步调节2台有载分接开关在相同档位下开始切换，同步采集2台有载分接开关在整个切换过程的振动加速度信号。
如图1所示，图1(a)振动加速度信号对应极1yy型换流变a相的有载分接开关，图1(b)振动加速度信号对应同型号备用相yy型换流变有载分接开关。2台有载分接开关的振动信号中，前5s时间阶段对应电机驱动机构对分接开关储能机构进行储能；第5.27s左右冲击振动范围对应分接开关切换开关动作过程。振动加速度信号图1(a)前5s时间范围出现存在反复且幅值相近的冲击振动，反映电动机轴承、齿轮传动机构、伞齿轮与传动轴等存在机械缺陷，导致出现有规律的冲击振动；振动加速度信号图2(b)在前5s时间范围振动加速度基本为零，机械状态正常。
因此，说明极1yy型换流变a相的有载分接开关存在电动机轴承、齿轮传动机构、伞齿轮与传动轴等电机驱动机构的缺陷。
如图2所示，2台有载分接开关的振动信号中，图2(a)振动加速度峰值为157.45m/s2，图2(b)振动加速度峰值仅为77.882m/s2，峰值不平衡率(两数值差占其平均值的比例)达到67.6％。根据检查发现，极1yy型换流变a相的有载分接开关的芯子存在支撑孔有多处贯穿性裂纹，储能机构减振器基座及底板存在严重贯穿性裂纹，同时上支撑板上表面和下表面存在多处裂纹，s3扇区主真空泡固定螺母脱落等多处机械缺陷。峰值不平衡率超过30％，则说明峰值较大的振动信号对应的有载分接开关存在缺陷。
此外，如图2所示，图2(a)振动加速度衰减的时间为65ms，图2(b)振动加速度衰减的时间为36ms，极1yy型换流变a相的有载分接开关明显比b相的长，说明极1yy型换流变a相的有载分接开关在缓冲减振器附近存在机械缺陷，导致振动加速度衰减时间延长。
对2台分接开关的振动加速度信号进行傅里叶分析，获取振动加速度信号的频谱图，计算加速度峰频谱最大值对应的频率；如图3所示，图3(a)频谱图中，低频段(0～5khz)分量较小，中频段(5～10khz)分量较丰富且存在峰值，高频段(10khz以上)无明显差别，加速度峰频谱最大值对应的频率7250hz；图3(b)频谱图中，中低频段和中频段分量比较平均，加速度峰频谱最大值对应的频率在低频段范围。
因此，极1yy型换流变a相的有载分接开关的加速度峰频谱最大值对应的频率向中频段偏移，根据后续检查发现，极1yy型换流变a相的有载分接开关的切换芯子存在机械缺陷。
综上，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态，加速度峰值不平衡度超过30％，则判断有载分接开关存在机械缺陷，加速度峰频谱最大值对应的频率迁移至中频段，则判断有载分接开关存在机械缺陷，所述中频段为范围5khz～10khz，振动加速度信号的振荡衰减超过60ms，则判断有载分接开关存在机械缺陷。
一种换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其包括加速度传感器、多通道采集卡以及计算机，加速度传感器分别用于采集待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形，多通道采集卡用于将采集的振动加速度信号波形模拟信号分别转换成数字信号导入计算机；计算机上搭载振动信号分析软件，用于根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
使用本系统进行有载分接开关机械状态评估时，在2台分接开关顶盖表面和油箱侧面分别布置多个振动加速度传感器，传感器通过同轴电缆连接至采集卡，采集卡通过网线与计算机连接，通过计算机内的振动信号分析软件采集振动信号。
本发明在换流变带电运行情况下，测量分接开关切换过程的振动加速度信号，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间、频谱图的差异，判断待检测有载分接开关的机械状态，可有效检测传动轴和齿轮故障、驱动电机故障、切换时序异常以及机械结构松动、断裂等机械故障。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关的在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形，其中，标准相换流变的有载分接开关为同型号备用相正常的换流变的有载分接开关；
步骤2：根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图；
步骤3：根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
2.根据权利要求1所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其特征在于，加速度峰值不平衡度超过30％，则判断有载分接开关存在机械缺陷。
3.根据权利要求1所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其特征在于，加速度峰频谱最大值对应的频率迁移至中频段，则判断有载分接开关存在机械缺陷，所述中频段为范围5khz～10khz。
4.根据权利要求1所述的换流变用有载分接开关机械状态评估方法，其特征在于，振动加速度信号的振荡衰减超过60ms，则判断有载分接开关存在机械缺陷。
5.一种换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其特征在于，包括
加速度传感器，其分别用于采集待评估的换流变的有载分接开关和标准相换流变的有载分接开关在相同档位的切换过程中的振动加速度信号波形；
多通道采集卡，其用于将采集的振动加速度信号波形模拟信号分别转换成数字信号导入计算机；以及
计算机，其上搭载振动信号分析软件，用于根据获取的振动加速度信号波形，计算加速度峰值不平衡度、计算振动加速度信号的振荡衰减时间以及进行傅里叶分析以获取振动加速度信号的频谱图，根据加速度峰值不平衡度、振动加速度信号的振荡衰减时间以及频谱图，综合判断待检测有载分接开关的机械状态。
6.根据权利要求5所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其特征在于，所述振动信号分析软件根据加速度峰值不平衡度超过30％，以判断有载分接开关存在机械缺陷。
7.根据权利要求5所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其特征在于，所述振动信号分析软件根据加速度峰频谱最大值对应的频率迁移至中频段，以判断有载分接开关存在机械缺陷，所述中频段为范围5khz～10khz。
8.根据权利要求5所述的换流变用有载分接开关机械状态评估系统，其特征在于，所述振动信号分析软件根据振动加速度信号的振荡衰减超过60ms，以判断有载分接开关存在机械缺陷。
技术总结