杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案

技术交流与投运业绩：GZAF-1000T系列变压器/电抗器振动声学指纹监测系统已成功应用于智能变电站、智慧变电站及数字化变电站等示范项目(已经投运的廊坊特高压站、济南商西站、青岛顾家站和胜利站、泰安天平站)，实现大型变压器/电抗器全振动在线监测与故障诊断，有效地提高设备运行可靠性。同时，我公司积极与各科研院所(南网电科院、广西电科院、冀北电科院、山东电科院、江苏电科院、浙江电科院)、供电公司(冀北、山东、山西、江苏、宁夏等地的省检)、变压器制造商(山东电力设备制造厂、江苏华鹏变压器厂、南通的韩国晓星变压器厂、杭州钱江变压器厂等)、有载分接开关制造商（上海华明的遵义长征厂区、德国MR等）、变电站综合监测系统平台承建商(国网智能、南瑞科技、电力设备监测及诊断技术的“中国智造者”第23页共29页长园深瑞等)开展合作，不断丰富各型号变压器/电抗器的振动声学指纹样本数据库。GZAF-1000T监测系统包括便携型带电检测（分体机的如下图24C、一体机的如下图24D）、固定型在线监测（标准1U式的如下图24E、壁挂式监测单元的如下图24F）等机型。其中，便携式一体机结构轻巧，适用于高压开关的带电检测及定期检修。GZAF-1000T系列变压器(电抗器)振动声学指纹监测云平台服务器。杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案

独有的信号处理功能，生成振动声学指纹信号ATF图（**算法，**所有），更直观、更便捷分析有载分接开关及绕组和铁芯的运行状态；具有绕组及铁芯振动声学指纹信号频谱分析功能，自动识别峰值频率偏移及谐波增量，实时分析绕组及铁芯运行状态；振动声学指纹信号和电流信号历史数据曲线趋势功能；信号阈值告警功能，软件自动分析信号增长趋势，实现自动告警，也可手动设置告警阈值，支持短信告警；智能分析功能：系统软件内置海量故障特征的数据库，可与测得的数据进行比对，通过信号波形、时间长度和幅值等特征值，诊断分析故障类型；也可添加新测得的数据，方便后期横向、纵向比较；软件可将同一厂家同一型号的正常检测数据进行导入保存，便于对该厂家、型号的变压器数据曲线进行比对分析；杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案GZAF-1000T系列变压器(电抗器)振动声学指纹监测系统相关标准。

一、概述变压器在电力系统中起到电压变换、电能分配等重要作用，其安全稳定运行对确保供电可靠性具有重要意义。有载分接开关、绕组及铁芯是变压器/电抗器的重要组成部分，三者的故障率总和占变压器/电抗器整体故障的70%左右，而传统预防性检修方法具有试验周期长、影响变压器正常运行、耗费人力物力等缺点。开展基于声学指纹的状态监测，可在在线状态下及时发现变压器/电抗器有载分接开关、绕组及铁芯的潜在故障，并及时预警，从而延长变压器使用寿命，提高电网运行的可靠性。有载分接开关（On-LoadTapChanger,OLTC）是在励磁状态下，通过改变绕组分接位置实现电网的有载调压，起到稳定负载电压、调节无功潮流、增加电网灵活度等重要作用。它是调压变压器中***的可动部件、关键部件之一。国际大电网委员会(GIGRE)等国内外统计结果表明，有载分接开关故障占变压器总体故障的30%以上，各类故障影响变压器及整个电网的安全稳定运行，严重时更会导致大面积停电、电气火灾等事故。

数据采集装置GZAF-1000T系列变压器/电抗器振动声学指纹监测系统的数据采集装置由采集模块、信号处理模块、电源模块、USB接口、4G/5G信号传输模块等组成。采集模块实现6路机械振动信号及1路驱动电机电流信号采集，信号处理模块实现信号放大、信号滤波、信号检波及A/D转换等功能。利用系统电路设计对采集的振动信号和电流信号进行处理，保证信号的有效性和可靠性，将处理后的模拟信号经A/D转换成数字信号，便于主机系统进行数据处理分析。电源模块包括电源输入（220V）及降压转换，为数据采集装置供电。USB接口用于现场信号获取、调试；4G/5G模块用于信号采集处理后的远端后台的信号传输。数据采集装置示意图及参数分别如下图4和下表2所示。GZAF-1000T系列变压器(电抗器)振动声学指纹监测运行状态告警。

(3)基频信号能量比(E)：100Hz基频分量时域信号能量占信号总能量的比值，计算公式如下：电力设备监测及诊断技术的“中国智造者”第15页共29页=122其中100Hz基频分量的时域信号，为采样索引值。正常状态下，由于100Hz基频分量为振动声学指纹频谱图的主要成分，基频信号能量比应较大；存在故障时，谐波分量增加且峰值频率发生偏移，基频信号能量比变小。(4)互相关系数(r)：正常状态与实时测得振动声学指纹信号频谱图之间的相似度，计算公式如下：=[−−[−[−2其中和分别为正常状态与实时测得振动声学指纹信号的频域分布，信号的平均值，互相关系数范围为0~1。正常运行时，相关系数应接近于1；存在故障时，信号频率分布发生改变，互相关系数减小。GZAF-1000S系列高压开关振动声学指纹监测系统功能特点。杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案

杭州国洲电力科技有限公司振动声学指纹在线监测使用说明。杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案

(5)振动平稳性(DET):振动平稳性以理解为对振动信号周期性的一种衡量,如果振动平稳性较差，那么作为振动主要激励源的部件出现机械稳定性异常的可能性较大，其定义为h=其中，l**信号递归图中斜对角线的长度，P(l)**对角线长度为l的对角线的条数，Im**斜对角线的最小长度。DET值是一个介于0和I之间的数，对于正常运行的GIS而言，其机械结构确定性很高，其DET值接近1。(6)能量相似度(EDR):能量相似度分析用于衡量不同负载条件下测点振动能量的相似性,振动能量分布特性的改变能够反映GIS内部机械结构的变化，其定义为电力设备监测及诊断技术的“中国智造者”第6页共12页=1−100其中，vi为各频率信号归一化能量，μ为能量平均值。能量相似度分析通过对比测量信号的能量与目标能量差异来判断GIS振动是否异常。当某个测点的EDR值突然变大，这意味着该测点附近的机械结构可能出现异常。杭州变压器振动声学指纹在线监测技术方案