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真空 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (6): 80-87.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2025.06.11

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基于真空灭弧特性的有载分接开关多模态工况智能诊断方法

周建广   

  1. 北京市普仁医院,北京 100062
  • 收稿日期:2025-04-14 出版日期:2025-11-25 发布日期:2025-11-27
  • 作者简介:周建广(1990-),男,北京市大兴区人,本科,电气工程师。

Intelligent Diagnosis Method for Multimodal Operating Conditions of On-load Tap Changer Based on Vacuum Arc Extinguishing Characteristics

ZHOU Jianguang   

  1. Beijing Puren Hospital, Beijing 100062, China
  • Received:2025-04-14 Online:2025-11-25 Published:2025-11-27

摘要: 真空有载分接开关(OLTC)是电力系统的关键,依靠真空灭弧技术来保证电压的稳定调节。然而,在大型医院大负载、大电流条件下,真空退化、接触烧蚀和绝缘污染对运行可靠性构成了重大挑战。本文提出了一种将真空特定振动特性与电参数分析相结合的真空OLTC智能多模态诊断方法。首先,基于真空灭弧的机械动力学,将振动信号构造为Hankel矩阵,利用奇异值分解(SVD)和快速傅里叶变换(FFT)滤波方法消除真空室微振动引起的噪声干扰;其次,从真空电弧能量平衡的角度,提取暂态电流谐波和介质恢复强度等关键电气参数作为故障指标;最后,利用二叉树结构优化的多类支持向量机(SVM)融合振动和电气特征,实现了真空泄漏、接触氧化等6种典型真空相关故障的准确识别。实验结果表明,诊断准确率为98.2%,在早期真空压降检测中具有明显优势。该方法为OLTC真空完整性实时监测提供了一种新颖的解决方案,显著提高了真空功率调节系统的安全性。

关键词: 真空灭弧, 有载分接开关, 奇异值分解, 介质恢复强度, 多模态故障诊断

Abstract: Vacuum on-load tap changers (OLTC) are key components of electrical systems, relying on vacuum arc extinguishing technology to ensure stable voltage regulation. However, under high load and high current conditions in large hospitals, vacuum degradation, contact ablation, and insulation contamination pose significant challenges to operational reliability. This study proposes an intelligent multi-modal diagnostic method for vacuum OLTCs by integrating vacuum-specific vibration characteristics and electrical parameter analysis. First, based on the mechanical dynamics of vacuum arc suppression, a Hankel matrix is constructed from vibration signals, and Singular Value Decomposition (SVD) with Fast Fourier Transform (FFT) filtering is applied to eliminate noise interference caused by vacuum chamber micro-vibrations. Second, from the perspective of vacuum arc energy balance, key electrical parameters including transient current harmonics and dielectric recovery voltage are extracted as fault indicators. Finally, a multi-class Support Vector Machine (SVM) optimized by a binary tree structure is employed to fuse vibration and electrical features, achieving accurate identification of six typical vacuum-related faults (e.g., vacuum leakage, contact oxidation). Experimental results demonstrate 98.2% diagnostic accuracy, with particular advantages in early-stage vacuum pressure decline detection. This method provides a novel solution for real-time monitoring of vacuum integrity in OLTCs, significantly enhancing the safety of vacuum-based power regulation systems.

Key words: vacuum arc extinguishing, on-load tap changer, singular value decomposition, dielectric recovery strength, multimodal fault diagnosis

中图分类号:  TM403.4

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