Research Status of Fault Diagnosis Methods for On-Load Tap Changer

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.10.001

Abstract

Abstract:

On-load tap changer (OLTC) is an important component of on load voltage regulating transformer.During operation,the contact switches frequently and the current is large,and faults occur frequently.Frequent troubleshooting requires off grid operation,which results in large economic losses and affects the normal operation of the power grid.The existing OLTC signal analysis methods are summarized and compared.According to the real-time monitoring method,it can be divided into intervention and non intervention testing.According to the test parameters,it can be divided into electrical signal and non electrical signal tests.The method of multi dimension parameter and multi strategy detection has better recognition accuracy.Subsequently,the fault diagnosis expert database system or machine learning can be used to better realize OLTC condition monitoring and fault diagnosis.

Key words: on-load tap changer, contact, real time monitoring, fault diagnosis

CLC Number:

TM58

SONG Dongdong, ZHAO Bo, MA Yuquan, WANG Qingzhu, GENG Lijun, ZHAO Jianping. Research Status of Fault Diagnosis Methods for On-Load Tap Changer[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2022, 0(10): 1-8.

Figures/Tables 9

References 62

[1]	樊家昊. 基于振动分析的有载分接开关机械状态监测研究[D]. 上海: 上海电力大学, 2019.
[2]	欧向军. 有载分接开关故障诊断及处理[J]. 甘肃冶金, 2018, 40(3):105,112.
[3]	贺黎明, 王静. 配电网低电压的影响及治理[C]// 2020年电网节能与电能质量技术论文集, 2020:62-64.
[4]	税明友. 浅谈配电网低电压现状和防范治理方法[J]. 低碳世界, 2017(4):65-66.
[5]	周中新. 电力系统低电压治理研究[D]. 济南: 山东大学, 2017.
[6]	王佳琳, 黎大健. 110 kV及以上变压器事故与缺陷分析[J]. 广西电力, 2014, 37(4):63-64,73.
[7]	刘志远, 陈海军, 于晓军, 等. 基于振动信号的变压器有载分接开关故障诊断方法研究进展与展望[J]. 高压电器, 2019, 55(11):18-25,33.
[8]	李小萌, 周炳华, 王晓程. 一起OLTC储能弹簧断裂引起的故障分析及改进措施[J]. 电力与能源, 2020, 41(1):56-61,90.
[9]	胡楠. 变压器有载开关故障诊断与处理[J]. 通讯世界, 2017(15):105-106.
[10]	BORICIC A, LABAN D, MOEDIM B, et al. Dynamic resistance measurements and result interpretation for various on-load tap changers:2019 IEEE Milan PowerTech[C]. 2019.
[11]	宋冬冬, 马玉泉, 张丽红. 一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统:108957308A[P]. 2018-12-07.
[12]	周海滨, 梁晨, 张晋寅, 等. 一种换流变有载分接开关运行状态的在线监测与评估方法:108445384B[P]. 2020-11-24.
[13]	沈煜, 蔡超, 阮羚, 等. 用于晶闸管辅助熄弧有载分接开关的安全保护监控装置:205880151U[P]. 2017-01-11.
[14]	吴兴旺, 杨世河. 110kV变压器有载分接开关振动信号在线分析研究[J]. 功能材料与器件学报, 2018, 24(3):19-25.
[15]	万利, 胡红, 王乃会, 等. 一起束缚电阻导致的变压器有载分接开关故障案例分析[J]. 变压器, 2020, 57(12):83-87.
[16]	宋冬冬, 张丽红, 马玉泉, 等. 基于功率守恒理论的有载分接开关燃弧损耗在线检测研究[J]. 电工电能新技术, 2020, 39(9):56-64.
[17]	郭森, 苏勇令. 有载分接开关扭矩在线监测[J]. 高压电器, 2005, 41(6):443-444.
[18]	赵彤, 李庆民, 张国强, 等. 有载调压分接开关驱动电机旋转角度的在线监测方法[J]. 高压电器, 2005, 41(5):26-29.
[19]	王冠, 刘金鑫, 赵彤, 等. 基于改进变分模态分解的有载分接开关机械状态监测[J]. 湖南大学学报(自然科学版), 2017, 44(10):75-83.
[20]	王春平, 姜宁, 马宏忠. 基于光纤光栅温度测量的有载分接开关触头故障诊断装置:201514294U[P]. 2010-06-23.
[21]	刘安宏, 张庆富, 陆杨, 等. 变压器有载分接开关切换触头烧损故障诊断的方法及装置:106154146A[P]. 2016-11-23.
[22]	WOTZKA D, CICHON A, MANOWSKI P. Classification of OLTC defects based on AE signals measured by two different transducers:2019 20th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE)[C]. 2019.
[23]	张洋. 基于芯片选择的一种AD采样电路的改进设计[J]. 河南科技, 2015(20):26-28.
[24]	赵晓群, 张洁, 黄新林. 巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J]. 大连民族大学学报, 2013, 15(1):72-75.
[25]	张金波, 宋佳佳, 段明浩, 等. 变压器有载分接开关状态在线监测装置及其监测方法:107478985B[P]. 2020-10-09.
[26]	陈明, 马宏忠, 潘信诚, 等. 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(5):74-78.
[27]	FEIZIFAR B, USTA O. A new arc-based model and condition monitoring algorithm for on-load tap-changers[J]. Electric Power Systems Research, 2019, 167:58-70. doi: 10.1016/j.epsr.2018.10.024
[28]	毛晋生, 陈建杰, 钱江, 等. 变压器有载分接开关触头寿命在线监测方法及其装置:103616634A[P]. 2014-03-05.
[29]	BENGTSSON C. Status and trends in transformer monitoring[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1996, 11(3):1379-1384. doi: 10.1109/61.517495
[30]	张知先. 变压器有载分接开关振动信号分析与状态诊断方法研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2019.
[31]	苏长宝, 惠峥, 尚光伟, 等. 基于振动检测的变压器有载分接开关状态监测系统[J]. 电子技术与软件工程, 2020(12):208-209.
[32]	蒋西平, 王谦, 吴高林, 等. 基于声振动分析技术的OLTC机械状态特征诊断方法研究[J]. 变压器, 2019, 56(1):34-40.
[33]	盛旭然, 向前. 数字信号处理中窗函数的分析与应用[J]. 赤峰学院学报(自然科学版), 2019, 35(5):74-76.
[34]	KANG P, BIRTWHISTLE D. Condition monitoring of power transformer on-load tap-changers.Part 1:Automatic condition diagnostics[J]. IET Proceedings-Generation,Transmission and Distribution, 2001, 148(4):301-306.
[35]	RIVAS E, BURGOS J C, GARCIA-PRADA J C. Vibration analysis using envelope wavelet for detecting faults in the oltc tap selector[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2010, 25(3):1629-1636. doi: 10.1109/TPWRD.2010.2043746
[36]	RIVAS E, BURGOS J C, GARCIA-PRADA J C. Condition assessment of power OLTC by vibration analysis using wavelet transform[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, 24(2):687-694. doi: 10.1109/TPWRD.2009.2014268
[37]	陆琳, 崔艳华. 基于振动信号的变压器分接开关触头故障诊断[J]. 电力自动化设备, 2012, 32(1):93-97.
[38]	赵志宏, 杨绍普, 刘永强. 多小波系数特征提取方法在故障诊断中的应用[J]. 振动、测试与诊断, 2015, 35(2):276-280.
[39]	张惠峰, 马宏忠, 陈凯, 等. 基于振动信号EMD-HT时频分析的变压器有载分接开关故障诊断[J]. 高压电器, 2012, 48(1):76-81.
[40]	陈明, 马宏忠, 徐艳, 等. 基于改进掩膜信号优化的经验模态分解算法的有载分接开关机械故障诊断[J]. 智慧电力, 2019, 47(6):88-94.
[41]	段若晨, 王丰华, 周荔丹, 等. 利用窄带噪声辅助多元经验模态分解算法检测换流变压器用有载分接开关机械状态[J]. 电工技术学报, 2017, 32(10):182-189.
[42]	曹宏. 基于时频特征分析的变压器有载分接开关运行状态识别[J]. 高压电器, 2020, 56(4):215-221.
[43]	杨森, 陈莎莎, 李光茂, 等. 基于变分模态分解与特征选择的变压器有载分接开关机械故障诊断[J]. 南方电网技术, 2019, 13(1):39-47,59.
[44]	钱国超, 彭庆军, 程志万, 等. 基于参数自适应VMD和SA-ELM的有载分接开关故障诊断[J]. 电力工程技术, 2020, 39(1):157-164.
[45]	石秀立. 基于振动信号特征的有载分接开关机械故障诊断策略研究[D]. 焦作: 河南理工大学, 2017.
[46]	赵彤. 有载分接开关机械状态的在线监测与故障诊断技术研究[D]. 济南: 山东大学, 2008.
[47]	ZHENG Y, HE W, WANG F, et al. Vibration monitoring of converter transformer onload tap-changer using phase space reconstruction and poincare section:2017 4th International Conference on Electric Power Equipment - Switching Technology (ICEPE-ST)[C]. 2017.
[48]	王丰华, 曾全昊, 郑一鸣, 等. 基于Bayes估计相空间融合和CM-SVDD的有载分接开关机械故障诊断[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(1):358-368,402.
[49]	周翔, 王丰华, 傅坚, 等. 基于混沌理论和K-means聚类的有载分接开关机械状态监测[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(6):1541-1548.
[50]	刘君, 余思伍, 陈沛龙, 等. 基于聚类分析的变压器有载分接开关储能弹簧故障识别[J]. 高压电器, 2020, 56(7):159-165,172.
[51]	SIMAS E F, ALMEIDA L, LIMA A. Vibration monitoring of on-load tap changers using a genetic algorithm:IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference[C]. 2005.
[52]	郑婧, 何婷婷, 郭洁, 等. 基于独立成分分析和端点检测的变压器有载分接开关振动信号自适应分离[J]. 电网技术, 2010, 34(11):208-213.
[53]	LI Q, TONG Z, LI Z, et al. Mechanical fault diagnostics of onload tap changer within power transformers based on hidden markov model[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2012, 27(2):596-601. doi: 10.1109/TPWRD.2011.2175454
[54]	BHUYAN R, MOR A R, MORSHUIS P, et al. Analysis of the arcing process in on-load tap changers by measuring the acoustic signature:2014 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC)[C]. 2014.
[55]	程林, 张丹丹, 江翼, 等. 一种基于多参量的有载分接开关故障监测方法:106597266B[P]. 2019-08-30.
[56]	吴昊, 刘庆时, 刘卫东, 等. 调压变压器有载分接开关机械性能的在线检测[J]. 高压电器, 2003, 39(3):21-23.
[57]	周海滨, 梁晨, 张晋寅, 等. 一种换流变有载分接开关运行状态的在线监测与评估方法:108445384B[P]. 2020-11-24.
[58]	SEO J, MA H, SAHA T K. On Savitzky-Golay filtering for online condition monitoring of transformer on-load tap changer[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2018, 33(4):1689-1698. doi: 10.1109/TPWRD.2017.2749374
[59]	SEO J, HUI M, SAHA T K. A joint vibration and arcing measurement system for online condition monitoring of on-load tap changer of power transformer[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2017, 32(2):1031-1038. doi: 10.1109/TPWRD.2016.2531186
[60]	高树国, 岳国良, 周聪, 等. 应用改进Hilbert-Huang变换下的Volterra模型诊断OLTC机械故障[J]. 高压电器, 2020, 56(7):173-180.
[61]	杨志淳, 沈煜, 杨帆, 等. 考虑多元因素态势演变的配电变压器迁移学习故障诊断模型[J]. 电工技术学报, 2019, 34(7):1505-1515.
[62]	胡梓民. 基于机器学习的复杂电力设备故障诊断模型研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2019.

能量	正常状态	触头松动	触头卡涩
总能量/W	0.124	0.047	0.958
0~10 kHz比例/%	87.44	58.32	96.14
10~20 kHz比例/%	12.57	41.66	3.88

算法	识别正确/次	识别错误/次	正确率/%
小波包能量熵	170	30	85.0
小波包-AR	176	24	88.0
EMD-AR	187	13	93.5
HHT-Voltera	197	3	99.0