电力变压器设备声纹隐患分析报告

电力变压器设备声纹隐患分析报告

报告日期：2024年8月23日

编制单位：X部门/公司

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一、引言

设备类型：电力变压器。电力变压器是电力系统中重要的无功补偿设备，主要用于吸收线路充电功率，限制系统电压升高和操作过电压，对保证电网的安全、可靠和经济运行具有重要作用。

使用环境：500kV变电站。500kV变电站是高压电网的重要组成部分，承担着电能的传输和分配任务。电力变压器在这样的环境中运行，需要承受高电压、大电流的工作条件，因此其运行状态对电网的稳定运行至关重要。

近期出现异常声音情况：近期，该500kV变电站中的电力变压器在运行过程中出现了异常声音。这种异常声音表明设备内部存在某种故障或隐患，乙炔缺少，夹件松动、直流偏磁等。这些故障如果不及时处理，可能会导致设备损坏，甚至引发电网事故。

二、设备概况

2.1设备基本信息

设备型号、生产厂家、投运时间、主要技术参数如图2-1所示。

图2-1 设备铭牌

2.2运行环境

设备的运行环境，温度27℃、湿度37%。

三、声纹采集与分析方法

3.1数据采集方法

图3-1 电力变压器

现场需要对三个变压器的正侧两个面进行声传感器安装，共计6个点。下图3-1所示，现场声纹传感器安装在正侧两个面，使用竖立杆的方式固定，声纹采集装置如图3-2所示。安装完成后，开始采集数据。

图3-2 声纹采集装置

3.2数据分析方法

采集到的数据采用Lstm（长短期记忆网络）方法进行分析。LSTM是一种特殊的循环神经网络（RNN）变体，专门设计用于处理序列数据，并有效解决传统RNN在处理长序列时容易出现的梯度消失和梯度爆炸问题。

LSTM通过引入门控机制来控制信息的流动，包括输入门（Input Gate）、遗忘门（Forget Gate）和输出门（Output Gate），以及一个记忆单元（Memory Cell）来存储长期信息。这些机制共同工作，使得LSTM能够更有效地处理序列数据中的长期依赖关系。输入门：控制哪些新信息应该被添加到记忆单元中；遗忘门：决定哪些信息应该从记忆单元中被遗忘；输出门：控制记忆单元中的哪些信息应该被传递到下一层或输出层。

LSTM能够学习声纹特征中的长期依赖性，从而有效区分不同个体的声音。在声纹识别系统中，LSTM网络可以接收一段音频信号作为输入，通过提取音频特征（如梅尔频率倒谱系数MFCC）并输入到LSTM网络中，最终输出该音频信号对应的声纹标签或身份信息。LSTM还可以用于检测异常声音或事件，通过训练LSTM模型学习正常声音的特征模式，当检测到与正常模式不符的声音时，可以触发警报并且进行进一步处理。

四、设备隐患分析

波形特征依据

1.谱线浑浊程度：即频谱图中对应频率红色谱线不清晰、谱线边界不明显，说明变压器对应频率的振动模态复杂，且相互干涉，相互影响，存在泛音，难以观测出明显的对应频率细谱线。该特征间接预示内部结构松动。

2.15kHz以上高频含量：即频谱图中15kHz对应谱线的相对亮暗程度。当对应15kHz以上频率谱线亮度大，间接预示放电的存在，即放电时产生15kHz以上高频可听声信息的概率最大。

3.间断性的声强弱变化：即频谱图中相应频率红色谱线整体呈现出的明暗相间情况，类似谱线从该处断开，无周期性规律。预示部件松动现象，松动部件体积或间隙较小。

4.电源频率的奇数倍谐波量：即对应50Hz的奇数倍频率谱线，该谱线较其它频率较亮时，与重过载或直流偏磁的磁路饱和特征相似，预示可能存在重载或直流偏磁。

（1）500KV甜松2号线A相正：

谱线清晰且不浑浊，15kHz以上高频含量不多放电现象不太明显，未能发现明显问题。但是从谱线中可以发现随时间间断性的声强弱变化，怀疑存在微弱的部件松动现象，松动部件体积或间隙较小。

（2）500KV甜松2号线A相侧：

谱线清晰，但高频部分略有浑浊，部件松动现象比较明显。15kHz以上高频含量不多，放电现象不太明显，未能发现重大性能问题。但是从谱线中可以发现随时间间断性的声强弱变化，怀疑存在部件松动现象，松动部件体积或间隙较小。

（3）500KV甜松2号线B相正：

谱线清晰，但1kHz以上部分有浑浊且谱线密集、混乱，怀疑有多个实体发生松动且互相碰撞影响。15kHz及以上频率功率分布较高且随时间变化程度较小，可能存在放电现象，但不排除是因为部件松动产生的高频谐波。电源频率的奇数倍谐波量较大，建议重点关注该对象。

（4）500KV甜松2号线B相侧：

谱线清晰，但高频部分略有浑浊，部件松动现象比较明显。15kHz及以上频率功率分布较高，但随时间发生间断性变化，怀疑是部件松动产生的高频谐波，但不排除是放电现象导致。电源频率的奇数倍谐波量较大（200~100中间夹着的谱线及其他类似谱线），与重过载或直流偏磁的磁路饱和特征相似，也可能与铁芯松动相关。建议重点关注该对象。

（5）500KV甜松2号线C相正：

谱线清晰，但高频部分有较大浑浊，部件松动现象比较明显。15kHz及以上频率功率分布较高，但随时间发生间断性变化，怀疑是部件松动产生的高频谐波，但不排除是放电现象导致。1kHz以上谱线夹杂着大量细碎清晰谱线，可能有较多实体发生松动碰撞导致。电源频率的奇数倍谐波量略大，可能是B相传导的声音。

（6）500KV甜松2号线C相侧：

15kHz及以上频率功率分布较高，但随时间发生间断性变化，怀疑是部件松动产生的高频谐波，但不排除是放电现象导致。200Hz以上谱线夹杂着大量细碎清晰谱线，可能有较多实体发生松动碰撞导致，且位置较近录音位置。

五、结论与建议

针对变压器在声纹分析中被发现的三个具体隐患——乙炔缺少，夹件松动以及直流偏磁，提出以下解决措施：

5.1针对乙炔气体检测到的隐患

检查过热源：乙炔气体的出现往往与设备内部过热或电弧放电有关。因此，应首先检查变压器是否有局部过热现象，特别是绕组、接头和绝缘部分。使用红外热像仪等设备进行温度检测，以精确定位过热点。

分析气体成分：进一步分析变压器内部或周围环境中乙炔气体的浓度和来源。这可能需要使用专业的气体检测仪器，并结合变压器的运行历史和检修记录进行综合判断。

处理过热问题：包括调整运行参数、增加散热措施、更换损坏的绝缘材料或绕组等。

加强监测与预警：在变压器上安装温度监测传感器和气体检测装置，实现实时监测和预警。一旦发现异常情况，立即启动应急预案进行处理。

5.2针对夹件松动的隐患

紧固夹件：对变压器的夹件进行全面检查，确认是否有松动现象。如有松动，应立即使用专用工具进行紧固处理。在紧固过程中，应注意控制力度和均匀性，避免对设备造成二次损伤。

检查连接部件：除了夹件本身外，还应检查与夹件相连的其他部件（如螺栓、螺母等）是否紧固可靠。如有松动或损坏现象，应及时进行修复或更换。

加强振动监测：变压器在运行过程中可能会产生振动，长期振动可能导致夹件松动。因此，应加强振动监测工作，定期使用振动传感器等设备对变压器进行振动检测和分析。一旦发现振动异常或夹件松动迹象，应立即采取措施进行处理。

优化设计与制造：针对夹件松动问题，可以从设计和制造环节入手进行优化。例如，采用更可靠的连接方式、增加防松装置或改进夹件结构等，以提高变压器的整体稳定性和可靠性。

5.3针对直流偏磁的隐患

提高设备绝缘水平：增强电力变压器的绝缘强度，以减少直流偏磁对设备绝缘的损害。定期检查电力变压器的绝缘状况，及时发现并处理绝缘缺陷。

安装隔直装置：在电力变压器的中性点安装隔直装置，如隔直电容或基于并联可调电阻组的均直装置，以阻断或限制直流电流的侵入。隔直装置的选择应根据实际情况进行，确保既能有效治理直流偏磁，又能兼顾经济性和可靠性。

调整运行方式：在直流输电系统运行时，尽量避免单极大地回路运行方式，以减少直流电流对电力变压器的影响。调整交流系统的运行方式，以优化直流电流的分布，降低电力变压器承受的直流偏磁水平。