振动波谱信号测量技术在变压器状态监测中应用探析.doc

振动波谱信号测量技术在变压器状态监测中应用探析 　　（广西电网有限责任公司贺州供电局 广西 贺州 542800） 摘 要：通过手持式测量装置检测电力变压器振动波谱信号，并用以分析绕组及铁心状态的嬗变过程。首先，利用压电式加速度振动传感器研制了手持式振动信号测量装置，并用于带电提取变压器器身、冷却器的振动波谱信号。其次，分析了不同振动源的传播途径、作用关系，并提出了针对性测点布置策略及采样方式。最后，分析不同测点振动波谱信号的时域波形、频谱，甄别干扰信号，诊断绕组及铁心状态。经现场应用、分析证实了手持式振动信号测量装置可靠，所采用的压电式加速度振动传感器可克服磁场影响，所提出的时域波形、频谱分析方法可清晰反应设备状态 关键词：电力变压器；振动波谱；信号采集；振动传感器 引 言 电力变压器的绕组变形及其引起的抗短路能力下降是严重的设备隐患，并将威胁电网安全运行[1，2]。频率响应分析法能够在变压器不吊罩的情况下检测电力变压器绕组是否变形，具有较高的检测灵敏度和准确性；但是该方法仅适用于在电力变压器停电情况下开展测试，故有碍于持续跟踪分析设备运行状态，且影响输变电设施可靠性[3-6] 变压器振动（声响）波谱信号的特征向量是表征工况的重要参量。变压器运行时的磁致伸缩和漏磁将引起铁心叠片及绕组之间振动，并通过绝缘油和铁心垫脚将振动波谱信号传递至变压器本体（油箱）表面。其中，变压器空载时的振动主要来源于激磁电流作用下的铁心振动；负载时则还叠加了负载电流作用下的绕组振动。因此可通过监测油箱表面的振动波谱信号而评估绕组及铁心的压紧状况、绕组的位移及变形状态[7，8]，而相关标准导则也明确要求在必要时测量变压器的箱壳振动情况[9]，但是当前尚缺乏合适的检测手段及评估标准 鉴于此，有必要研制测量电力变压器振动波谱信号的装置，并经跟踪测量设备的振动波谱信号，分析其绕组及铁心状态的嬗变过程。而本文所提的振动波谱信号测量装置在变压器测振方法，仅需将测量传感器紧贴外壳后采集信号，并在计及器身振动水平与负载电流平方值的线性关系后，即可初判不同负载电流下的振动主要因素来源（铁心、绕组）及其程度 1 变压器振动机理分析 1.1 变压器振动来源 变压器振动包括本体（含铁心、绕组）、冷却器风机的振动，其中风机振动主要集中在小于100Hz的范围内。本体的振动主要来源于[10]： （1）硅钢片的磁致伸缩引起铁心的振动随着励磁频率的变化而周期性的变化 （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引起铁心的振动 （3）电流通过铁心绕组时，在绕组、线饼、线匝之间产生动态电磁力，引起铁心的振动 （4）漏磁引起邮箱壁（包括磁屏蔽结构等）的振动 随着变压器制造工艺不断的提高以及铁心叠加方法的改进（如采用阶梯接缝等），再加上芯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。类似的经验和大量试验数据表明，直流偏磁是造成变压器振动加剧的主要原因[11，12] 1.2 不同振动原因之间的关系 由于变压器的铁心振动大小与硅钢片的磁致伸缩有直接的关系[13]，因此能够影响硅钢片的磁致伸缩的因素都将能影响铁心振动的大小。除此之外，当紧固铁心的螺钉松动，铁心硅钢片之间的压紧力减弱，硅钢片间缝隙增大，其间的电磁吸引力随之增大，铁心的振动也就会因此而增大；假设铁心硅钢片发生变形或者弯曲，也会引起硅钢片之间的电磁吸引力增大，以致引起铁心的振动增大；如果发生线饼、线匝间短路或者铁心多点接地等故障时，铁心的温度将急速升高，会导致硅钢片的磁致伸缩也急速加大，铁心的振动也将会变大 因上述几种原因造成变压器振动变大的情况来看，铁心与绕组的压紧及变形情况与变压器的振动有很大关系，因此变压器铁心和绕组良好的压紧状态可在很大程度上减小变压器的振动 1.3变压器振动的传播途径 变压器（油浸式）铁心绕组的振动主要是通过绝缘油传至油箱的[14]。铁心的磁致伸缩振动有两条途径传递给油箱：其一是通过固定铁心垫脚传至油箱；其二是通过变压器内绝缘油传至油箱。这两种路径传递的振动能量使变压器油箱壁（包括磁屏蔽结构等）产生振动 变压器冷却系统的风扇、油泵等装置的振动通过螺栓或焊接与变压器本体连接方式也会传至变压器油箱。所以，变压器绕组、铁心的振动以及冷却系统装置的振动通过各种途径都会传递到变压器本体表面，从而引起了变压器本体的振动。因冷却系统的风扇、油泵振动引起的振动频谱集中在100Hz以下，故这与变压器本体的振动特性明显不同，可以很容易地从变压器整个振动频谱信号中识别出来。变压器绕组及铁心的振动与绕组、铁心的压紧状况以及绕组的弯曲和变形密切相关，因此通