《電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械特性的聲紋振動(dòng)分析法》

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T/CEC

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CETXXXXX—XXXX

變壓器有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械特性的

聲紋振動(dòng)分析法

Vibrationanalysismethodforthemechanicalpropertiesofon-loadtapchangerin

powertransformer

征求意見(jiàn)稿

（本稿完成日期：2022年6月20日）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布

X/XXXXXXX—201X

I

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電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械特性的聲紋振動(dòng)分析法

1范圍

本文件規(guī)定了電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)的檢測(cè)原理、檢測(cè)儀器要求、測(cè)試要求

和聲紋振動(dòng)信號(hào)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(kāi)關(guān)停電/帶電測(cè)試的聲

紋振動(dòng)分析，換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的聲紋振動(dòng)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(guò)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(duì)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(cè)量?jī)x器通用規(guī)范

GB/T10230.1分接開(kāi)關(guān)第1部分：性能要求和試驗(yàn)方法

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

DL/T265變壓器有載分接開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)導(dǎo)則

DL/T574變壓器分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行維修導(dǎo)則

DL/T1538電力變壓器用真空有載分接開(kāi)關(guān)使用導(dǎo)則

JB/T8314分接開(kāi)關(guān)試驗(yàn)導(dǎo)則

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

有載分接開(kāi)關(guān)on-loadtapchanger

適合在變壓器勵(lì)磁或負(fù)載下進(jìn)行操作的用來(lái)改變繞組分接位置的一種裝置。

[GB/T10230.1—2007，3.1]

3.2

振動(dòng)特性測(cè)試vibrationcharacteristictest

通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器采集變壓器有載分接開(kāi)關(guān)操作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，分析判斷變壓

器有載分接開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的測(cè)試。

3.3

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聲紋測(cè)試vocalprinttest

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

載分接開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的測(cè)試。

4檢測(cè)原理

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

置，由安裝在變壓器箱壁的電動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、傘型齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)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(wú)電流下預(yù)選一個(gè)與工作分接相鄰的分接；

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

如開(kāi)關(guān)觸頭的閉合等會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生連續(xù)的振動(dòng)信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)有載分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)

事件及其變化來(lái)獲取機(jī)械性能的異常變化。

通過(guò)在變壓器油箱或有載分接開(kāi)關(guān)頂蓋上安裝一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器來(lái)獲取有載分接

開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的振動(dòng)特征信號(hào)，或者在變壓器有載分接開(kāi)關(guān)附近放置傳聲器，對(duì)開(kāi)關(guān)切換

中轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)段和開(kāi)關(guān)切換過(guò)程的相關(guān)振動(dòng)現(xiàn)象引發(fā)的聲信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)提取，再通過(guò)信號(hào)處理

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

5檢測(cè)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(shí)間宜不小于8h，電池應(yīng)便于更換。

5.2頻率測(cè)量范圍

檢測(cè)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(tīng)聲傳感器靈敏度不低

于-24dB。

檢測(cè)儀器所用振動(dòng)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(hào)采樣頻率

聲紋信號(hào)的采集需要使用專(zhuān)用聲陣列及采集處理主機(jī)進(jìn)行采樣，可聽(tīng)聲信號(hào)的采樣頻率

應(yīng)不小于50kHz，最小分辨率應(yīng)不小于mV級(jí)。

振動(dòng)信號(hào)的采樣可以采用示波器或其他測(cè)量?jī)x器，信號(hào)的采樣頻率應(yīng)不小于50kHz，最

小分辨率應(yīng)不小于mV級(jí)。

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5.4信號(hào)觸發(fā)方法

信號(hào)觸發(fā)宜采用電動(dòng)機(jī)電機(jī)電流或手動(dòng)觸發(fā)方式。

5.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

應(yīng)能夠自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)和相應(yīng)測(cè)試信息，存儲(chǔ)容量不應(yīng)小于500組測(cè)試數(shù)據(jù)，應(yīng)具備

數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

6測(cè)試要求

6.1環(huán)境要求

測(cè)試環(huán)境應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：

a）環(huán)境溫度：-10℃~50℃；

b）相對(duì)濕度：不宜超過(guò)80%。

6.2接線要求

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

高信噪比。

6.3信號(hào)傳輸方式

傳感器信號(hào)輸出導(dǎo)線應(yīng)采用單芯同軸電纜，或信號(hào)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(jī)固定在可伸縮支架上，支架便于移動(dòng)及調(diào)節(jié)，陣列依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作

環(huán)境進(jìn)行陣型設(shè)計(jì)及安裝距離調(diào)節(jié)。振動(dòng)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(shí)，磁力座的磁力范圍宜不小于6T。應(yīng)盡量保持每次測(cè)量時(shí)傳感器放置

在相同的位置。系統(tǒng)的測(cè)試接線原理圖見(jiàn)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(kāi)關(guān)的1-2m范圍內(nèi)。振動(dòng)加速度傳感器的

安裝，宜就近安裝在有載分接開(kāi)關(guān)頂蓋或外側(cè)對(duì)應(yīng)的變壓器油箱外壁上，必要時(shí)可安裝在齒

輪盒上。

6.6測(cè)試步驟

有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)測(cè)試步驟為：

a)放置振動(dòng)加速度傳感器（有載分接開(kāi)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(biāo)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(kāi)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(kāi)關(guān)控制箱選擇切換檔位；

d)采集有載分接開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的振動(dòng)或聲紋信號(hào)，并存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。

7聲紋振動(dòng)信號(hào)分析診斷方法

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7.1測(cè)試數(shù)據(jù)分析

電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)的振動(dòng)信號(hào)可分解為轉(zhuǎn)動(dòng)軸段和切換段兩段。其中，轉(zhuǎn)

軸轉(zhuǎn)動(dòng)段為循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)，切換段為沖激性信號(hào)。有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)典型信號(hào)及其分段

參見(jiàn)附錄B、附錄C，信號(hào)分段方法參見(jiàn)附錄D。測(cè)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(guò)分析有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)曲線與正常曲線的波形差異，判斷有載分接開(kāi)

關(guān)運(yùn)行情況。適用于有載分接開(kāi)關(guān)滑檔、制動(dòng)異常、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)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(kāi)關(guān)故障方法參見(jiàn)附錄E。

7.3頻譜分析

通過(guò)對(duì)有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算信號(hào)的功率譜、尺度譜等，判斷

有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀況。用頻譜分析判斷有載分接開(kāi)關(guān)故障方法參見(jiàn)附錄F。

7.4判斷原則

典型的有載分接開(kāi)關(guān)振動(dòng)信號(hào)，在轉(zhuǎn)動(dòng)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(kāi)關(guān)存在不同機(jī)械缺陷時(shí)其振動(dòng)信號(hào)在幅值、波形特征上均出

現(xiàn)一定差異。對(duì)電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試和分析時(shí)，可按照一定的流程進(jìn)

行，逐檔測(cè)試有載分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)的振動(dòng)信號(hào)，利用各種數(shù)據(jù)分析方法，通過(guò)對(duì)比同一臺(tái)設(shè)

備在不同時(shí)間內(nèi)測(cè)試結(jié)果的變化，以及有載分接開(kāi)關(guān)正常和異常時(shí)的不同信號(hào)特征，判斷設(shè)

備的運(yùn)行狀況。電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)存在異常時(shí)的振動(dòng)信號(hào)參見(jiàn)附錄G。

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附錄A

（資料性附錄）

有載分接開(kāi)關(guān)聲紋振動(dòng)分析的測(cè)試接線原理圖

聲紋檢測(cè)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(kāi)關(guān)的1-2m范圍內(nèi)。采集信號(hào)需經(jīng)過(guò)降噪處理，去除變壓器鐵芯振動(dòng)引起的背景噪聲信

號(hào)后展開(kāi)分析和診斷，若存在分載開(kāi)關(guān)異常運(yùn)行狀態(tài)，則給出故障報(bào)警信號(hào)，并顯示輸出結(jié)

果。

振動(dòng)檢測(cè)方法如圖A.2所示，在變壓器箱壁上布置振動(dòng)傳感器，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)功

率放大器進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)采集，將采集數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)處理后開(kāi)展分析診斷，診斷出有載分接開(kāi)關(guān)

運(yùn)行狀態(tài)，如有異常則給出故障報(bào)警信號(hào)，并顯示輸出結(jié)果。

圖A.1聲紋檢測(cè)方法

圖A.2振動(dòng)檢測(cè)方法

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附錄B

（資料性附錄）

典型振動(dòng)信號(hào)波形

電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)典型的電機(jī)電流和振動(dòng)信號(hào)如圖B.1所示。從電流信號(hào)

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

圖B.1有載分接開(kāi)關(guān)電機(jī)電流和振動(dòng)信號(hào)

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附錄C

（資料性附錄）

典型聲紋信號(hào)波形

電力變壓器有載分接開(kāi)關(guān)切換時(shí)典型的聲紋信號(hào)如圖C.1所示，其中開(kāi)關(guān)切換段對(duì)應(yīng)的

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

圖C.1有載分接開(kāi)關(guān)典型聲紋信號(hào)

圖C.2有載分接開(kāi)關(guān)切換段典型聲紋信號(hào)

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圖C.3有載分接開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)軸段典型聲紋信號(hào)

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附錄D

（規(guī)范性附錄）

基于短時(shí)能量的變壓器有載分接開(kāi)關(guān)信號(hào)標(biāo)記

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

∞

+?

∞222

??=