國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司、東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員劉勝軍、程成、沈辰、龔樂(lè)樂(lè)、蔡新景，在2019年第10期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，鐵心松動(dòng)是變壓器的常見(jiàn)故障。當(dāng)鐵心松動(dòng)時(shí)，由硅鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動(dòng)信號(hào)發(fā)生變化，傳遞到箱體表面的振動(dòng)信號(hào)也會(huì)隨之發(fā)生變化，因此可通過(guò)分析箱體表面振動(dòng)信號(hào)（即振動(dòng)法）來(lái)監(jiān)測(cè)變壓器鐵心狀況。
本文采用加速度傳感器對(duì)一臺(tái)空載調(diào)壓器進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)振動(dòng)特性測(cè)試，分析了典型測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜特性，根據(jù)箱體上振動(dòng)信號(hào)幅值與電壓平方關(guān)系，找到監(jiān)測(cè)鐵心狀況時(shí)最佳傳感器的布置區(qū)域。由于調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)類似一般繞線式異步電動(dòng)機(jī)，且使其工作于制動(dòng)狀態(tài)下，故其作用原理與變壓器基本原理相似。因此，本文的分析和結(jié)論可為振動(dòng)法監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀況的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供參考。
電力變壓器是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電網(wǎng)的運(yùn)行安全。電力變壓器常見(jiàn)故障有繞組變形、鐵心松動(dòng)、油紙絕緣老化和分接開(kāi)關(guān)故障等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，繞組變形和鐵心松動(dòng)約占總故障的60%。其中，鐵心問(wèn)題造成的故障在變壓器總事故中排第三位。
振動(dòng)信號(hào)的變壓器運(yùn)行狀況在線監(jiān)測(cè)方法不僅具有安裝簡(jiǎn)單、不影響變壓器正常穩(wěn)定運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，而且振動(dòng)信號(hào)中所包含的豐富的運(yùn)行狀況特征信息，有利于對(duì)變壓器運(yùn)行狀況的診斷。但是，鑒于積累數(shù)據(jù)較少，變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確度、有效性還需進(jìn)一步研究。
變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，繞組在負(fù)載電流電磁力作用下會(huì)發(fā)生振動(dòng)，硅鋼片因發(fā)生磁致伸縮也會(huì)引起鐵心振動(dòng)，通過(guò)變壓器繞組及鐵心支撐件、變壓器油的傳遞引起油箱振動(dòng)，因此通過(guò)采集油箱器身振動(dòng)信號(hào)可判斷繞組和鐵心的運(yùn)行狀況。基于振動(dòng)法的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)因其靈敏度高、與電力系統(tǒng)無(wú)電氣連接等優(yōu)點(diǎn)引起人們的廣泛關(guān)注。
西班牙馬德里理工大學(xué)García等人通過(guò)對(duì)變壓器繞組和鐵心受力分析，發(fā)現(xiàn)繞組振動(dòng)信號(hào)幅值與電流平方成正比，鐵心振動(dòng)信號(hào)幅值與電壓的平方成正比，繞組和鐵心振動(dòng)信號(hào)基頻均為100Hz。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳書(shū)有通過(guò)對(duì)單相試驗(yàn)變壓器進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，驗(yàn)證了箱體振動(dòng)模型中上述3個(gè)發(fā)現(xiàn)的正確性。
華北電力大學(xué)徐樊浩分析了繞組預(yù)緊力與振動(dòng)加速度之間的關(guān)系，并選取振動(dòng)信號(hào)的頻率復(fù)雜度和各頻段能量分布百分比作為特征指標(biāo)來(lái)評(píng)估變壓器的運(yùn)行狀況。
華北電力大學(xué)宋天慧分析了變壓器振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域峰值、傅里葉頻譜和小波分析能量譜特征，構(gòu)造了可用來(lái)表征繞組和鐵心狀況的特征向量。
浙江大學(xué)林愛(ài)弟通過(guò)分析不同測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的各頻率分量幅值與負(fù)載電流之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)箱壁平板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與負(fù)載電流相關(guān)性較高，而箱壁加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與負(fù)載電流相關(guān)性較低，因此認(rèn)為監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀況時(shí)應(yīng)選擇箱壁平板結(jié)構(gòu)作為振動(dòng)測(cè)試區(qū)域。
本文采用加速度傳感器對(duì)一臺(tái)空載調(diào)壓器進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)振動(dòng)測(cè)試，分析了不同副邊電壓對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻譜特性，根據(jù)箱體上振動(dòng)信號(hào)幅值與電壓平方相關(guān)性找到監(jiān)測(cè)鐵心狀況時(shí)的最佳傳感器布置區(qū)域，為采用振動(dòng)法監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀況提供理論指導(dǎo)。
圖1 振動(dòng)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)布置圖
結(jié)論
1）鐵心振動(dòng)信號(hào)具有周期特性，箱體上表面振動(dòng)信號(hào)為單極性，箱體側(cè)面振動(dòng)信號(hào)為雙極性。
2）箱體振動(dòng)信號(hào)能量主要集中于0～800Hz，某些頻率成分是由鐵心的磁致伸縮引起的磁場(chǎng)力和硅鋼片縫隙間的電磁力共同作用而產(chǎn)生的。
3）監(jiān)測(cè)感應(yīng)調(diào)壓器鐵心狀況的最佳傳感器位置是在轉(zhuǎn)子鐵心上的測(cè)點(diǎn)。
4）由于感應(yīng)調(diào)壓器的原邊繞組存在電流，因此測(cè)量得到的振動(dòng)信號(hào)包含繞組振動(dòng)。如何把繞組振動(dòng)信號(hào)和鐵心振動(dòng)信號(hào)分離開(kāi)值得進(jìn)一步研究。
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