技术路线

系统组成

变压器在线监测--变压器声纹振动在线监测系统最多可同时监测6路声纹振动信号，其系统框图如下图所示：

变压器声纹/振动在线监测系统主要由压电式声纹传感器、信号调理、触发模块、同步采样 A/D 转换器、主控模块组成。

压电式声纹振动传感器主要把变压器外壳上的声纹振动信号转变成电信号；信号调理模块为振动传感器提供恒定电流，使传感器正常工作，同时隔离传感器输出信号中的直流分量；触发模块根据实际情况动态设定振动信号采集的阀值；多通道同步 A/D 转换器完成 IED 中各通道振动信号的同步数字转换；主控模块完成整个系统的数据采集、存储、分析，并将分析结果以 IEC61850 标准格式送出；光纤/以太网接口为标准通讯接口，完成振动监测 IED 与其他系统的通讯连接。

技术参数

l 灵敏度(@250 Hz)：11.2mV/Pa (-39 dB re 1V/Pa)

l 频率响应：20 Hz ~ 10 kHz

10 kHz ~ 20 kHz

l 动态范围：29 dBA ~ 140 dB

l 安装方式：永磁体吸附安装或者胶粘安装或支架安装

l 供电：220V AC

l 外型尺寸：1U机箱

l 具备相关故障和缺陷的特征指纹以及指纹分析技术

系统功能特点及技术优势

01、声纹振动监测，设备状态全面感知

方案采用声纹振动监测手段，实现设备状态的感知，全面捕捉变压器内部瞬变的突发性故障和缓慢发展的潜伏性故障。

02、合理设置告警规则， 杜绝漏报、误报

方案采用有效算法进行振动异常识别的同时，通过合理设置告警规则，可以最大限度地杜绝漏报警、误报警现象的发生。

03、信息集成共享程度高， 数据应用效率高

通讯采用4G（兼容5G网络）移动无线网络， 同时具备以太网通讯接口。

04、模块化采集、灵活配置、扩展性高

方案采用模块采集方案，可灵活配置调整通道数量，适用多种应用场合。且机柜整体体积小，重量轻，便携轻便；柜体都内置减震器，保证了内部设备的稳定性和抗冲击能力。

05、传感器安装方便，无需设备停电

传感器全部采用快速安装方式，比如磁吸附方式和开口式互感器方式。

04、故障诊断原理

一般而言，变压器的声音在短期内不会发生显著变化，可认为是准平稳信号。典型运行缺陷下，对比正常情况，变压器频谱分布特性发生显著改变。从声谱图中提取能够反映变压器运行状态的关键特征参数，并据此对变压器运行状态进行评价。

4.1变压器运行状态的确定

经过长期的研究积累，我们积累了能够对变压器运行状态故障进行监测和故障诊断的多个核心特征，该声纹特征参数对于变压器状态评价效果较好，不同声纹特征参数均在一定程度上反映了变压器的运行状态，因此，声纹监测系统综合上述参数对变压器运行状态进行评估。

05、现场应用案例与效果

5.1直流偏磁检测预警

某变电站主变振动幅值随时间变化过程呈现无规律间歇增大特性，正常情况下最大振动幅值约为5m/s2，异常情况下最大振动幅值可达13m/s2，约为正常条件下的2.6倍。与振动变化过程同步，变压器声压级呈现波动性变化，正常情况下变压器声压级为69.5dB(A)，异常情况下声压级最大值为80.2 dB(A)，声压级显著增大。

△ 35min内振动幅值随时间变化过程

△ 35min内声压级幅值随时间变化过程

△ 正常与异常频谱对比

5.2冷却风机异常缺陷

对某变电站SFZ7-20000/110型110kV油浸式变压器进行噪声检测。特征参数计算结果显示，主变声压级达到70.7dB(A)，奇偶次谐波比特征值为0.096，高频能量比重达到0.6，频谱复杂度为2.16。

按照声纹监测系统诊断方法，该主变奇偶次谐波比、频谱复杂度特征均正常，声压级与高频能量比重偏高，诊断结果为冷却装置老化。

现场观测结果表明，该设备运行时间超过27年，冷却装置老化、轴承磨损严重，冷却装置噪声超过主变本体噪声，导致主变噪声显著增大。按照类似诊断方法，对多台主变进行声纹检测，能过准确发现冷却设备老化问题。

△ 某110kV主变冷却风机老化图谱

5.3开关柜松动缺陷

某110kV变电站主变320开关柜，型号：KYN28A-127，额定电压：12kV；额定电流：3000A。负载电流值约为1360A，开关柜运行噪声与振动正常；负载电流增大至2396A，开关柜出现异常噪声与振动。

△ 某10kV 开关柜正常与异常谱图对比

诊断结论：穿屏套管隔板结构设计缺陷。

穿屏套管隔板内部因感应涡流而与三相母排产生相互作用的电动力，随着负载电流的显著上升， 电流中谐波产生的作用力逐渐明显，且与开关柜本身固有频率接近，因而产生了结构共振现象。诊断结论与声源定位测试结果及厂家停电检修结论一致。利用该技术，后续发现开关柜该类型缺陷多起，为迎峰度夏期间开关柜安全运行提供了新的保障技术手段。

5.4开关柜悬浮放电缺陷

利用声纹检测技术发现某10kV开关柜高频能量比特征参数显著增大，判断该开关柜存在放电缺陷，后经停电检修发现开关柜母排互感器断线，对地产生悬浮放电，柜内存在电弧灼烧痕迹，验证了声纹检测结论。

5.5线路TV异响缺陷检测

利用声纹检测技术发现某500kV新投运变电站线路TV存在明显异响，噪声频率在20kHz 范围内均匀分布，怀疑存在内部放电缺陷，经厂家检测分析证实该TV内部存在设计缺陷导致电场分布不均匀，进而引起异响。

5.6水力发电机组定子放电缺陷

某水电厂安装有3台三相凸极同步发电机，型号SF80-60/10400。设备巡检过程中发现1号发电机存在异常的噪声，与同类型的2、3号机组存在明显差异。通过声纹检测发现，发电机定子顶部某测点异常噪声最为显著。通过声纹分析发现明显的放电声信号。