基于振動(dòng)法的變壓器振動(dòng)檢測(cè)法原理及方案研究

引 言

有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，相當(dāng)數(shù)量的變壓器故障來自于繞組變形。目前常用頻響分析法和短路電抗法等方法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行檢測(cè)，這些方法均是建立在變壓器繞組的電氣模型基礎(chǔ)上，只有在變壓器繞組發(fā)生明顯變形時(shí)才能給出較為準(zhǔn)確的判斷，但對(duì)變壓器繞組松動(dòng)、扭曲或輕微變形時(shí)靈敏度不高。近年來展開的振動(dòng)檢測(cè)法日漸成為熱點(diǎn)，其出發(fā)點(diǎn)是通過檢測(cè)繞組的機(jī)械特性變化來反映繞組的狀態(tài)變化，與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，振動(dòng)分析法能更有效地檢測(cè)出繞組變形。此外，振動(dòng)檢測(cè)法更大的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。更多資訊盡在中國(guó)電工網(wǎng)。

上海交通大學(xué)近年來提出了一系列基于振動(dòng)法的變壓器繞組機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)方案，并進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，從中建立了以相關(guān)系數(shù)、通頻帶能量和振動(dòng)烈度指數(shù)等為特征量的變壓器繞組機(jī)械狀態(tài)數(shù)學(xué)判斷依據(jù)，可以通過對(duì)短路沖擊狀態(tài)下的振動(dòng)波形分析發(fā)現(xiàn)變壓器繞組的故障。

本文介紹了變壓器振動(dòng)檢測(cè)法原理，應(yīng)用振動(dòng)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)得到變壓器繞組在不同狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)，提取量化繞組狀態(tài)變化的特征值，據(jù)此來判斷變壓器的繞組狀態(tài)。

1、變壓器振動(dòng)檢測(cè)法原理

變壓器振動(dòng)主要來源于鐵心與繞組。變壓器鐵心由層疊的硅鋼片構(gòu)成，硅鋼片在強(qiáng)磁場(chǎng)下的磁致伸縮引發(fā)了鐵心的振動(dòng)，該振動(dòng)幅值與電壓的平方成正比，基頻為電壓頻率的2倍。繞組振動(dòng)是由流通于繞組中電流產(chǎn)生的電磁力引起的，該振動(dòng)幅值與繞組電流平方成正比，基頻為電流頻率的2倍。運(yùn)行中的變壓器振動(dòng)信號(hào)包括鐵心振動(dòng)信號(hào)和繞組振動(dòng)信號(hào)，本文所提出的振動(dòng)頻響法關(guān)注于繞組變形檢測(cè)。測(cè)試過程中，低壓繞組短路，高壓繞組單相施加頻率為的電壓，形成繞組電流，其電動(dòng)力（頻率為）引起該相高、低壓繞組振動(dòng)。由于所施勵(lì)磁電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變壓器額定電壓，鐵心磁致伸縮引起的振動(dòng)十分微弱，因此可以近似認(rèn)為檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)主要為繞組的振動(dòng)信號(hào)，其等效力學(xué)模型如圖1所示。

實(shí)測(cè)時(shí)，采用多個(gè)壓電傳感器獲取變壓器油箱的振動(dòng)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析來判斷變壓器繞組的運(yùn)行狀態(tài)［13］ ［14］。圖2為變壓器振動(dòng)信號(hào)測(cè)試示意圖，該系統(tǒng)由加速度傳感器、DH5920多功能動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、1394連接線和控制臺(tái)組成。

圖2 振動(dòng)信號(hào)測(cè)試示意圖

2、振動(dòng)頻響法試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)描述

本次對(duì)比試驗(yàn)對(duì)象為上海電力公司退役的220kV實(shí)體變壓器，型號(hào)為SFP7-120000/220，聯(lián)結(jié)組號(hào)為YNd11。變壓器測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

C相故障設(shè)置如下。

狀態(tài)1：吊芯前，無(wú)故障；

狀態(tài)2：第一次吊芯，墊塊脫落；

狀態(tài)3：第二次吊芯，墊塊脫落，幅向敲擊變形；

狀態(tài)4：第三次吊芯，多塊墊塊脫落，幅向敲擊變形；

狀態(tài)5：第四次吊芯，多塊墊塊脫落，幅向再次敲擊變形。

每次狀態(tài)變化時(shí)，對(duì)繞組施加115-313Hz幅值為5A的恒流掃頻激勵(lì)， C相6通道5狀態(tài)振動(dòng)頻響曲線對(duì)比圖如圖4所示。

圖4 C相6通道5狀態(tài)振動(dòng)頻響曲線對(duì)比圖

由圖4可知，C相繞組5次狀態(tài)頻響曲線改變幅度很大，各種狀態(tài)對(duì)比明顯。變壓器墊塊掉落，頻響曲線幅值大幅降低，峰值出現(xiàn)點(diǎn)出現(xiàn)偏移。而當(dāng)變壓器幅向變形，頻響曲線幅值上升，峰值點(diǎn)出現(xiàn)偏移。

為量化曲線差異度大小，本文提出標(biāo)準(zhǔn)平均誤差（Standard Average Deviation），簡(jiǎn)稱 SAD。公式如下：

該判據(jù)考察兩組曲線之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差。由于計(jì)算中使用了偏差的平方和，而對(duì)于現(xiàn)在VFRA頻響數(shù)據(jù)的特點(diǎn)（高頻幅值大于低頻）來說該判據(jù)對(duì)高頻段考察更為嚴(yán)格。計(jì)算C相的SAD變化表見表1。

3.3振動(dòng)頻響法與短路電抗法的比較

由表2可見， C相繞組在5種狀態(tài)下的短路阻抗偏差極小，較大偏差不超過1%。根據(jù)GB1094.1-1996規(guī)定，短路阻抗法所得結(jié)果為本次測(cè)試所有繞組狀態(tài)良好，未出現(xiàn)繞組變形。這與試驗(yàn)故障設(shè)定不符，可見短路阻抗法在本次試驗(yàn)中無(wú)法判斷繞組故障。

3、結(jié)束語(yǔ)

通過上述用VFRA法對(duì)大型變壓器繞組進(jìn)行的一系列試驗(yàn)研究，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）。振動(dòng)頻響法測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試過程中與電氣線路沒有直接的連接，具有很好的抗電氣干擾能力；而且測(cè)試數(shù)據(jù)有較高的一致性，重復(fù)性好。

（2）。作為判據(jù)，SAD能很好的量化繞組狀態(tài)變化，體現(xiàn)繞組狀態(tài)的變化趨勢(shì)。

（3）。相對(duì)于短路阻抗法，振動(dòng)頻響法能有效的檢查出大型變壓器繞組墊塊脫落和幅向變形故障，而且有更高的靈敏度，說明VFRA法對(duì)檢測(cè)此類繞組變形故障比較有效。

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