基于振動分析法的變壓器在線監(jiān)測

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1、上海電力2011年第1期基于振動分析法的變壓器在線監(jiān)測傅堅(上海市電力公司超高壓輸變電公司，上海200063)摘要：文章研究了變壓器的振動原理，提出了變壓器振動簡化模型?；诂F(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)擬合，得到振動模型參數(shù)，可作為指紋參數(shù)，由任意時刻電壓、電流幅值計算求得變壓器振動幅值，根據(jù)與實際振動信號幅值相比較，判斷變壓器故障與否。實踐證明，該方法預(yù)估的變壓器振動信號具有很高精確度，在變壓器在線監(jiān)測繞組與鐵心狀態(tài)中有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：變壓器；振動；在線監(jiān)測；最小二乘法中圖分類號：TM406文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B變壓器是電

2、網(wǎng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和組結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。可靠性極大地影響著整個電網(wǎng)的安全運行。始于運行中的變壓器振動信號為以上二者的疊加。20世紀(jì)8O年代的振動分析法，通過檢測傳遞到在運行中的變壓器振動信號只能由變壓器油箱壁箱壁的振動信號對變壓器的鐵心與繞組狀態(tài)進(jìn)行取得，信號中包含了100Hz基頻振動信號以及非檢測_1]，其出發(fā)點是通過檢測鐵心與繞組的機線性因素引起的大量高次諧波。由以上分析可知，械特性變化反映鐵心與繞組的狀態(tài)變化。與傳統(tǒng)振動信號中100Hz分量與電流和電壓信號密切相的電測法相比具有更高的靈敏度，逐步受到國內(nèi)關(guān)。在此，忽略非

3、線性因素影響，推導(dǎo)由電流、電壓外研究人員的關(guān)注。信號，預(yù)測變壓器100Hz振動信號的數(shù)學(xué)表達(dá)。本文通過對變壓器振動原理的研究，提出變文獻(xiàn)[1，2]推出的變壓器振動數(shù)學(xué)表達(dá)式為：壓器振動簡化數(shù)學(xué)模型，再由現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)計算V，10oH一(a+po。)瑙H：+()，+。)“；’H。得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)表達(dá)式，從而建立健康變壓(1)式中Vw——變壓器振動信號100Hz分量；器的指紋數(shù)據(jù)，并由此實現(xiàn)變壓器鐵心與繞組在Hz，“5——分別為變壓器電流與電壓50Hz線監(jiān)測，判斷后期運行中變壓器鐵心與繞組是否分量；出現(xiàn)故障?！儔浩饔蜏?；，，)，，

4、——復(fù)參數(shù)。l變壓器振動簡化模型以上各變量與參數(shù)，除了油溫為實數(shù)外，其余變壓器振動主要來源于鐵心與繞組。變壓器均為復(fù)數(shù)。鐵心由層疊的硅鋼片構(gòu)成，硅鋼片在強磁場下的本次試驗變壓器油溫波動在33～35℃內(nèi)，對磁致伸縮引發(fā)了鐵心的振動。硅鋼片的磁致伸縮整個振動信號影響較小，為簡化模型，提高計算速特性與磁感應(yīng)強度的平方成正比。在變壓器正常度，予以忽略。運行、鐵心非飽和的情況下，該振動幅值與勵磁電同時，將變壓器100Hz振動信號幅值作為判斷依據(jù)，忽略振動信號的相角，變壓器100Hz振壓的平方成正比，基頻為100Hz。同時，由于磁動信號幅值的

5、數(shù)學(xué)表達(dá)式簡化為：致伸縮的非線性以及沿鐵心內(nèi)框與外框的磁通路(2．1noH-ai(4’H+H+7I(2)HzU徑長短不一致等多因素，還造成了鐵心振動信號～H(2)中含有高次諧波成分。式中。。n——變壓器信號100Hz分量幅值；繞組振動是由流通于繞組中電流產(chǎn)生的電磁Js。w，uson——分別為電流與電壓50Hz分量；力引起的。該電磁力與繞組電流平方成正比。即a，口，y——實參數(shù)。振動的幅值與繞組電流的平方成正比，頻率為2變壓器振動檢測試驗方法100Hz。由于繞組結(jié)構(gòu)中非線性因素的影響，該振動中包含有高次諧波，且諧波分量的變化與繞本次

6、試驗時間為2009年2月26日11時至一36一2O11年第1期上海電力2009年2月27日23時，試驗地點為上海市電力1公司王港變電站，試驗變壓器為1號主變，型號為1v＼^n，Lv量1廠’m’々JS10—180000／220?；沕、r^r、hn^一『試驗時，采用6個壓電傳感器獲取油箱振動信號。時間／h振動傳感器布置如圖1所示。3．63．4『V高3．2．毫3．028012141618202224時間／h0．6O055姜O．5O罌0．45岡1變壓器油箱振動試驗測點布置試驗中，振動信號每5rain保存6s數(shù)據(jù)，26日共計保存156組數(shù)據(jù)

7、，27日共計保存264組數(shù)據(jù)。000如：2∞試驗所得某組振動與電流、電壓時域信號，如圖2所示。J809：j．3kv阻流h3{蜩w4笛n圖2振動、電流、電壓信號時域圖3最小二乘法計算結(jié)果與分析實際振動信號3．1最小二乘法計算方法g試驗中，由FFT取得振動信號的100Hz頻域分量幅值V。，并取電流、電壓信號的5OHz分量幅值J。，U。進(jìn)行計算。所得數(shù)據(jù)幅評估振動信號值如圖3所示。式(2)所表達(dá)方程為超越方程，可使用最小二1214l618202224乘法進(jìn)行求解。時問，h令：圖4l測點振動估計信號與實測信號幅值圖(a，，y)一A由圖4可

8、以發(fā)現(xiàn)，1測點計算所得振動信號37一一上海電力2011年第1期與實際信號相差很小，且幅值變化趨勢一致。其左右，B相測點數(shù)據(jù)擬合的平均相對誤差在1O他5測點所得幅值圖基本相同，限于篇幅，幅值比左右。但從振動變化的趨勢來看，預(yù)測基本與實較圖不再一一列出