國網(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、龔樂樂、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，因此可通過分析箱體表面振動(dòng)信號(hào)（即振動(dòng)法）來監(jiān)測變壓器鐵心狀況。
本文采用加速度傳感器對一臺(tái)空載調(diào)壓器進(jìn)行多測點(diǎn)振動(dòng)特性測試，分析了典型測點(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)測變壓器運(yùn)行狀況的現(xiàn)場應(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。電力變壓器常見故障有繞組變形、鐵心松動(dòng)、油紙絕緣老化和分接開關(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)測方法不僅具有安裝簡單、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)測系統(tǒng)監(jiān)測振動(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)測系統(tǒng)因其靈敏度高、與電力系統(tǒng)無電氣連接等優(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等人通過對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。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳書有通過對單相試驗(yàn)變壓器進(jìn)行振動(dòng)測試，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)造了可用來表征繞組和鐵心狀況的特征向量。
浙江大學(xué)林愛弟通過分析不同測點(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)測試區(qū)域。
本文采用加速度傳感器對一臺(tái)空載調(diào)壓器進(jìn)行多測點(diǎn)振動(dòng)測試，分析了不同副邊電壓對各個(gè)測點(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)測變壓器運(yùn)行狀況提供理論指導(dǎo)。
圖1 振動(dòng)特性測試實(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)子鐵心上的測點(diǎn)。
4）由于感應(yīng)調(diào)壓器的原邊繞組存在電流，因此測量得到的振動(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)分離開值得進(jìn)一步研究。
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