一种变压器有载分接开关的触头压力补偿系统与方法与流程

本发明涉及调压变压器设备，具体而言涉及一种变压器有载分接开关的触头压力补偿系统与方法。。

背景技术：

1、有载分接开关是电力变压器实现带负载电压调节的核心部件，主要由切换开关、分接选择器、快速动作机构和驱动机构等部分组成。开关的动、静触头接触压力是决定开关的电热性能和机械寿命的关键参数。现有的开关的驱动机构的各种参数是基于出厂时触头全新状态下的力学特性进行设定的。在长时间运行过程中，驱动机构的各种零部件会发生不可逆的物理退化。触头表面会因机械磨损和电弧烧蚀导致有效厚度减薄。长期浸润在高温变压器油中的预紧弹簧自身会发生应力松弛。这就导致触头间的实际接触压力随着有载分接开关使用时间的延长而持续衰减。现有的驱动机构无法感知这种压力衰减，仍以固定的初始扭矩和弹簧力进行开关切换，使得开关在运行后期因接触压力衰减而引发局部过热，甚至在切换瞬态过程中，由于预紧力不足导致触头弹跳加剧，诱发严重的电弧烧蚀与机械卡涩。

技术实现思路

1、针对现有技术中有载分接开关存在的技术问题，本发明的第一方面提出一种变压器有载分接开关的触头压力补偿系统，包括：

2、集成感知触头单元，设置于变压器的高压侧，用于采集触头闭合状态下的原始压力数据p原始及实时温度数据t；

3、自适应执行机构，设置于变压器的低压侧，包括驱动机构以及机械地耦接于快速动作机构的弹簧预紧力调节装置；

4、信号传输子系统，跨接于高压侧与低压侧之间，用于将集成感知触头单元采集的原始压力数据p原始和实时温度数据t传输至低压侧；

5、控制器，设置于变压器的低压侧，其信号输入端与信号传输子系统的输出端通信连接，其控制输出端分别与弹簧预紧力调节装置及驱动机构电连接；

6、其中，集成感知触头单元包括触头主体、支撑触头主体并提供初始接触压力的弹性支撑座，以及设置在弹性支撑座内部的薄膜压力传感器和温度传感器，薄膜压力传感器用于在触头闭合状态下实时采集反映接触压力大小的原始压力数据p原始，温度传感器用于同步采集表征触头主体工作环境温度的实时温度数据t；

7、控制器被配置为基于温度数据对原始压力数据进行校正，并将校正后压力与预设基准值进行比较，以生成控制指令驱动弹簧预紧力调节装置主动调节快速动作机构中弹簧的预压缩长度l。

8、优选的，压力传感器为薄膜压力传感器，且其外部包覆有一层由坡莫合金材料制成的电磁屏蔽层，用以抑制切换瞬态的高频电磁干扰。

9、优选的，温度传感器为pt1000铂电阻温度传感器，与压力传感器邻近设置，以使所采集的实时温度数据t能够准确反映压力传感器所处的实际温度状态。

10、优选的，信号传输子系统采用光纤通信方式实现信号传输与电气隔离；

11、信号传输子系统包括：

12、设置在高压侧的信号调理与电光转换单元；

13、设置在低压侧的光电转换单元；

14、连接信号调理与电光转换单元和光电转换单元的绝缘光纤。

15、优选的，弹簧预紧力调节装置包括微型步进电机和精密丝杠螺母副，微型步进电机的控制端与控制器电连接，微型步进电机驱动精密丝杠螺母副旋转，使压盘沿快速动作机构轴向的线性位移，对快速动作机构的弹簧预压缩长度l进行精确调节。

16、作为本发明的第二方面提出一种变压器有载分接开关的触头压力补偿方法，基于上述有载分接开关的触头压力补偿系统，包括以下步骤：

17、s1：初始化自标定步骤：在系统初次投运前或预设的检修节点，由控制器控制有载分接开关在空载状态下执行一次全分接范围的循环操作，在此过程中采集并记录对应于每一个分接位置的、处于稳态闭合时的初始静态压力值，并将该值标定为各分接位置的静态压力基准值p0，构建并存储分接位置-静态压力基准的映射关系；

18、s2：静态感知与预决策步骤：当控制器接收到外部调档指令时，在执行任何实质性机械切换动作之前，强制插入执行以下子步骤：

19、s21：获取并读取当前分接位置处的原始压力数据p原始和实时温度数据t，并调用预设的温度补偿函数对原始压力数据p原始进行运算处理，以消除温度漂移影响，得到校正后静态压力值p 校正；

20、s22：调取与当前分接位置相对应的静态压力基准值p0，并将校正后静态压力值p校正与该静态压力基准值p0进行数值比较，根据比较结果执行如下分区决策逻辑：

21、若p校正≥85% p0，则判定为正常状态，维持主驱动电机（31）和快速动作机构（34）的预设标准动作参数，允许切换动作继续执行；

22、若60%p0≤p校正<85%p0，则判定为补偿状态，计算为将接触压力恢复至目标水平所需的弹簧预压缩长度补偿量δl，并生成第一控制指令以驱动弹簧预紧力调节装置执行补偿操作，同时生成第二控制指令以修改主驱动电机的动作特性曲线，增大其初始输出扭矩；

23、若p校正<60%p0，则判定为危险状态，立即闭锁本次调档指令的执行，并生成高优先级告警信号；

24、若p校正>110%p0，则判定为异常状态，生成提示进行检查或油流冲刷操作的预警信号；

25、s3：动态波形采集步骤：在自适应执行机构被允许执行分接切换动作的瞬态过程期间，控制器以不低于10khz的采样频率连续记录薄膜压力传感器输出的动态压力波动数据，形成一条表征本次切换动作力学特征的时域动态压力特征波形，并通过对该波形分析，提取至少包括切换冲击压力峰值p峰值、触头弹跳计数值n及弹跳幅值、以及触头从弹跳到稳定闭合所需的稳定时间t在内的动态特征参数；

26、s4：健康评估与寿命预测步骤：控制器至少综合利用从步骤s3中提取的动态特征参数、本次切换过程中的工作电流监测值以及从历史数据中统计得到的接触压力衰减变化率，采用卡尔曼滤波算法对反映触头磨损程度的触头剩余有效厚度进行最优状态估计，并根据估计结果生成并输出表征触头当前健康水平的定量评估指标。

27、优选的，步骤s22中，弹簧预压缩长度补偿量δl依据以下公式计算确定：

28、δl=k·(p0-p校正)；

29、其中，k为与快速动作机构的刚度系数和弹性支撑座的弹性模量相关联的系统等效弹性系数，该系数为一通过预先实验标定获得的常数。

30、优选的，在步骤s22中，生成第二控制指令以修改主驱动电机的动作特性曲线，增大其初始输出扭矩的操作，具体包括：

31、控制器向主驱动电机的伺服驱动器输出一经过调制的脉宽调制信号，通过调整该脉宽调制信号的占空比，临时性地增大主驱动电机在切换动作起始阶段的工作电流，从而提升其输出转矩，以克服因弹簧预紧力调节装置执行补偿操作后快速动作机构预紧力增大所带来的机械阻力矩增量。

32、优选的，在步骤s4中生成的表征触头当前健康水平的定量评估指标，至少包括触头剩余健康度百分比和预估安全剩余操作次数中的一种或多种。

33、优选的，方法还包括步骤s5：

34、将步骤s4中生成的定量评估指标，按照iec 61850通信协议标准进行数据建模与封装，并通过网络通信接口将封装后的数据上传至一远端运维监控平台，以实现在该平台上的可视化状态展示与预警管理。

35、与现有技术相比，本发明的优点在于：

36、本技术通过集成感知触头单元将接触压力作为可监测参数进行在线监测，并通过自适应执行机构对压力的衰减进行主动补偿，确保触头在全生命周期内始终维持设计所需的接触压力，抑制因压力不足引发的过热、弹跳和电弧问题，以延长触头和开关本体的实际使用寿命，实现降低突发性故障风险。

37、另外，通过对动态压力波形的采集和分析，实现对触头磨损状态的量化评估和剩余寿命预测，为变压器和电网的智能化运维奠定基础，实现降低运维成本并提高电网资产的管理水平。除此之外，还可以依据波形识别压力异常增大的情况，并发出相应的预警，提高系统对异物卡滞等潜在故障的早期识别和响应能力。