电力变压器振动监测方法研究

状况， 绕组的位移和变形密切相关， 因此通过测量变压器油箱表面 的振动信号可反映出变压器绕组及铁心的状况。
４ 变压器振动监测故障判断依据 从物理角度来看， 电力变压器器身表面的振动与变压器绕组及 铁 心 的 压 紧 状 况 、绕 组 的 位 移 及 变 形 密 切 相 关 。 因 变 压 器 器 身 各 位 置处的振动特征与距离最近的振源关系最紧密， 根据变压器器身各 处测取振动信号改变的程度可方便地判断出是哪一部分绕组． 或铁 心发生了故障， 即利用振动法监测电力变压器可实现故障定位。以 往认为， 变压器的本体振动完全取决于铁心的振动， 而实际上随着 超 取 向 高 导 磁 硅 钢 片 （ 例 如 Ｈｉ － － Ｂ 硅 钢 片 ） 在 变 压 器 制 造 中 的 使 用 ， 以及铁心结构设计的改进， 铁心工作磁密的降低， 负载电流产生的 漏磁引起的绕组振动人大增加， 这种振动的大小与负载电流的平方 成 正 比 。特 别 是 在 额 定 工 作 磁 密 低 于 １ ． ４Ｔ 时 ， 绕 组 的 振 动 甚 至 会 超 过 铁 心 磁 致 伸 缩 引 起 的 变 压 器 的 振 动 ［３］。 在空载条件下， 电力变压器负载电流为零， 因此绕组的振动可忽 略 不 计 ， 器 身 振 动 主 要 是 激 磁 电 流 作 用 下 铁 心 的 振 动 引 起 的 。因 此 ， 测量空载条件下运行的变压器器身振动信号即可得到变压器铁心 的 振 动 特 性 。在 负 载 条 件 下 ， 线 圈 中 有 负 载 电 流 流 过 ， 因 此 除 了 铁 心 的振动之外， 变压器器身振动还包括负载电流作用下的绕组线圈的 振动。 一 般 认 为 ， 变 压 器 励 磁 电 流 在 铁 心 中 产 生 的 主 磁 通 在 空 载 、负 载 变 化 时 人 小 基 本 保 持 不 变 ， 因 此 铁 心 的 振 动 在 空 载 、负 载 及 负 载 变 化时一也基本不变。利用振动传感器， 在空载及负载条件下分别测 量变压器器身的振动信号， 空载时测得的就是变压器铁心振动信 号， 负载时一是铁心和绕组的振动信号的叠加。从负载时的振动情 号 中 分 离 出 空 载 时 的 振 动 信 号 便 可 以 得 到 绕 组 的 振 动 信 号［４］。 当 变 压 器 额 定 工 作 磁 密 比 较 高 （ 大 于 １ ．４Ｔ） 时 ， 铁 心 的 振 动 要 远 远 大 于 绕 组 的 振 动 ， 此 时 可 忽 略 绕 组 的 振 动 。在 变 压 器 稳 定 工 作 时 ， 可 以 认为其器身振动是铁心振动引起的， 振动情况的改变也是由于铁心 故障引起的， 以此可以诊断电力变压器铁心的状况。在变压器发生 短路事故时， 绕组线圈中有很大的冲击电流流过， 绕组的振动信号 不 再 微 弱 ， 可 认 为 其 远 远 大 于 铁 心 振 动 。因 此 ， 在 短 路 状 况 下 变 压 器 器身振动主要是由绕组振动引起的， 这样可以利用发生短路事故时 的变压器器身振动信号， 来监测绕组线圈是否发生了变形或松动。 高 、低 压 绕 组 之 一 在 发 生 了 变 形 、位 移 或 崩 塌 后 ， 绕 组 的 压 紧 不 够 ， 使 高 、低 压 绕 组 间 高 度 差 逐 渐 扩 大 ， 导 致 绕 组 安 匝 不 平 衡 加 剧 ， 使 漏 磁造成的轴向力增大， 从而绕组的振动加剧； 当铁心压紧不够， 硅钢 片发生松动， 或者硅钢片的自重将使铁心产生弯曲变形时， 硅钢片 之间缝隙变大， 硅钢片接缝处和叠片之间的漏磁变大， 导致了电磁 吸引力变大， 于是铁心的振动变大。 ５ 结束语 由于变压器器身振动与变压器的绕组和铁心的状况有密切的联 系， 因此测得变压器器身的振动信号， 并对信号进行有效分析， 便可 预测和判断变压器绕组和铁心的运行状况。振动法就是通过粘在器 身上的振动加速度传感器获得变压器的振动信号， 以一种安全无干 扰和可靠的方式在线监测。通过粘在变压器器身上的振动传感器获 取振动信号来监测绕组及铁心状况， 与整个电力系统没有电气连
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针 对 输 电 线 路 杆 塔 接 地 电 阻 测 量 误 差 较 大 ， 给 改 造 、事 故 分 析 造
线 路 防 雷 综 合 措 施 ”课 题 组 ， 结 合 我 地 区 的 特 点 ， 研 究 制 定 详 细 的 防 成 偏 差 。 组 织 了 专 业 人 员 对 现 有 的 测 试 方 法 和 仪 器 ， 进 行 了 系 统 的
５ 、结 语
力 出 版 社 ， ２０００
在 使 用 遥 控 飞 艇 架 线 施 工 中 ， 我 们 发 现 这 种 方 法 也 各 有 优 缺 ［４］ 电 力 建 设 安 全 工 作 规 程 （ ＤＬ５００９． ２ － ２００４ ） ［Ｍ ］． 北 京 ： 中 国 电 力 出
点 ， 优 点 是 没 有 人 直 接 上 艇 作 业 ， 能 确 保 人 身 安 全 ， 同 时 施 工 速 度 版 社 ， ２００５
［３］ 程 正 兴 ． 小 波 分 析 算 法 与 应 用 ． 西 安 ： 西 安 交 通 大 学 出 版 社 ， １９９８
通 过 对 电 压 骤 降 、电 压 骤 升 、断 电 等 电 能 质 量 扰 动 信 号 用 Ｍａｌ－
（作者单位系西安理工大学自动化与信息工程学院）
ｌａｔ 算 法 进 行 了 多 分 辨 分 析 ， 得 出 了 以 下 结 论 ： 对 于 电 压 骤 降 、电 压 骤
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的 小 波 分 解 相 应 的 △ Ｔ＝０ ．００７ｓ 。
升 、断 电 和 暂 态 等 非 稳 态 扰 动 ， 小 波 分 解 的 第 一 层 和 第 二 层 的 高 频 部 分 （ｃＤ１ ， ｃＤ２ ） 具 有 明 显 的 模 极 大 值 点 ， 因 此 可 以 通 过 对 模 极 大 值 点的检测来确定扰动发生和终止的时刻， 即扰动的持续时间。仿真 过程和结果说明该方法的有效性和可行性。
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快 ， 成 本 低 等 ， 缺 点 是 受 地 形 、地 貌 和 风 力 、视 线 等 气 候 条 件 影 响 大 ，
（作者单位系葛洲坝集团电力有限责任公司）
使用约束条件多， 并且对操作人员的要求高， 因此， 近期还无法进行
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电力变压器振动监测方法研究
文 ／ 王德勇
【摘 要 】 本 文 主 要 分 析 了 变 压 器 铁 心 与 绕 组 的 工 况 与 其 振 动 大 小 之 间 的 关 系 ， 并 提 出 了 变 压 器 振 动 监 测 故障判断的依据。 【关 键 词 】 变 压 器 监 测 绕 组 线 圈
玛 绳 比 较 轻 ， 展 放 后 一 般 落 于 林 木 的 顶 上 ， 当 引 绳 展 放 完 毕 ， 飞 艇 抛 ［２］超 高 压 架 空 输 电 线 路 张 力 架 线 施 工 工 艺 导 则 （ ＳＤＪＪＳ２－ １９８７ ）
绳后， 应及时将各段引绳对接， 两端同时收紧使引绳腾空。
［３］ 跨 越 电 力 线 路 架 线 施 工 规 程 （ＤＬ／ Ｔ５１０６ － １９９９ ） ［Ｍ ］． 北 京 ： 中 国 电
１ 变压器器身振动原因 变 压 器 器 身 的 振 动 是 由 于 变 压 器 本 体 （ 铁 心 、绕 组 等 的 统 称 ） 的 振动及冷却装置的振动产生的。本体的振动主要来源于： ①硅钢片的磁致伸缩引起的铁心振动。所谓磁致伸缩就是铁 心励磁时， 沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加， 而垂直于磁力线方 向硅钢片的尺寸要缩小， 这种尺寸的变化称为磁致伸缩。磁致伸缩 使得铁心随着励磁频率的变化而周期性的振动。 ②硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引 力， 从而引起铁心的振动； ③ 电 流 通 过 绕 组 时 ， 在 绕 组 间 、线 饼 间 、线 匝 间 产 生 动 态 电 磁 力， 引起绕组的振动； ④ 漏 磁 引 起 油 箱 壁 （包 括 磁 屏 蔽 等 ）的 振 动 。 绕组的振动是由负载电流产生的漏磁引起的。变压器的额定工作磁 通 通 常 取 １ ．５ ～１ ． ８Ｔ（特 斯 拉 ）。 随 着 变 压 器 制 造 工 艺 不 断 的 提 高 及 铁 心 叠 加 方 式 的 改 进 （如 采 用 阶 梯 接 缝 等）， 再 加 上 心 柱 和 铁 轭 均 采 用 环 氧 玻 璃 粘 带 绑 扎 ， 因 此 硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸引力引起的铁心振动， 比硅钢片 磁致伸缩的铁心振动要小的多。 综 上 所 述 ， 变 压 器 工 作 在 １ ． ５ — １ ． ８Ｔ 的 额 定 工 作 磁 通 时 ， 其 本体振动主要取决于铁心的振动， 而铁心的振动主要取决于铁心硅 钢片的磁致伸缩。 ２ 变 压 器 铁 心 与 绕 组 的 工 况 与 其 振 动 大 小 之 间 的 关 系 ［１］ 由于铁心振动大小与硅钢片的磁致伸缩有直接的关系， 因此能 够影响硅钢片的磁致伸缩的因素均能影响铁心振动的大小。另外， 当紧固铁心的螺钉发生松动， 硅钢片的压紧力减弱， 片间缝隙变大， 硅钢片之间的电磁吸引力增大， 铁心的振动也就增大； 若硅钢片发 生形变或弯曲， 也将引起硅钢片之间的电磁吸引力变大， 从而引起 铁 心 的 振 动 变 大 ； 当 发 生 短 路 或 铁 心 多 点 接 地 等 故 障 时 ， 铁 心 、的 温 度会快速升高， 将导致硅钢片的磁致伸缩迅速加大， 铁心的振动也 将变大； 变压器绕组若出现绕制松动现象， 绕组的振动将增大； 当发 生瞬间短路而造成绕组绝缘击穿时， 绕组的振动也将增大。由以上 几种造成变压器振动变大的现象来看， 铁心与绕组的压紧及变形情 况与变压器振动有很大关系， 因此变压器铁心和绕组良好的压紧工 况可在很大程度上减小变压器的振动。此关系也为排除变压器振动 加大．故障提供了依据。 ３ 变 压 器 振 动 传 播 途 径 ［２］ 变压器内部振动源主要有铁心和绕组， 振动信号将以多种传播 途径向变压器器身传递。 绕组的振动主要是通过绝缘油传至油箱的。铁心的磁致伸缩 振动是通过两条路径传递给油箱的， 一条是固体传递途径：铁心的振 动通过其垫脚传至油箱； 另一条是液体传递途径：铁心的振动通过绝 缘 油 传 至 油 箱 。这 两 条 途 径 传 递 的 振 动 能 量 ， 使 箱 壁 （包 括 磁 屏 蔽 等 ） 产 生 振 动 。 风 扇 、油 泵 等 冷 却 装 置 的 振 动 通 过 固 体 传 递 的 途 径 也 会 传 至 变 压 器 油 箱 。这 样 ， 变 压 器 绕 组 、铁 心 的 振 动 以 及 冷 却 装 置 的 振 动通过各种途径传递到变压器器身表面， 引起了变压器器身的振 动 。 由 于 风 扇 、 油 泵 振 动 引 起 的 冷 却 系 统 振 动 的 频 谱 集 中 在 １００Ｈｚ 以下， 这与本体的振动特性明显不同， 可以比较容易地从变压器振 动 信 号 中 分 辨 出 来 。 变 压 器 绕 组 及 铁 心 的 振 动 与 绕 组 、铁 心 的 压 紧
参考文献
［１］ 吕 润 徐 ． 电 力 系 统 高 次 谐 波 ． 北 京 ： 中 国 电 力 出 版 社 ， １９９８
［２］ 李 庚 银 ， 陈 志 业 ， 宁 宇 ． 快 速 傅 里 叶 变 换 的 两 种 改 进 算 法． 电 力 系
统 自 动 化 ， １９９７，
２１（１２）： ３７－ ４０
３ 结论
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全面推广， 今后如能解决好动力和控制问题， 应用前景将十分广阔。
发生任何意外， 操作人员应立即决断， 首要是保证飞艇的安全。
参考文献
（ １１ ） 因 展 放 迪 尼 玛 绳 的 过 程 中 是 带 微 小 张 力 展 放 的 ， 而 迪 尼 ［１］ 李庆林主编．架空送电线路施工手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００２