基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法

馮全亮

(山西省忻州供電公司,山西忻州 034000)

基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法

馮全亮

(山西省忻州供電公司,山西忻州 034000)

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,社會經(jīng)濟活動對能源供應的穩(wěn)定性和可靠性有更高的要求,受這一要求的指導在電力供應系統(tǒng)運行過程中起到基礎作用的變壓器故障和故障診斷方法受到電力供應領域的廣泛關(guān)注,本文從振動的角度出發(fā),結(jié)合電力變壓器繞組變形故障的實際,對基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進行簡要的分析。

振動 電力變壓器繞組變形 故障診斷方法

變壓器作為電力系統(tǒng)運行過程中的基本電力供應節(jié)點，其在運行中的故障對電力系統(tǒng)的電力供應穩(wěn)定性和可靠性都有基礎性的影響，進而影響社會經(jīng)濟發(fā)展的穩(wěn)定。在社會經(jīng)濟發(fā)展對電力供應穩(wěn)定、可靠要求的大形勢下，對基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進行研究具有鮮明的現(xiàn)實意義。

1 變壓器振動信號分析

在運行過程中變壓器之所以會產(chǎn)生振動，是因為變壓器內(nèi)部鐵芯和繞組的震動，電力變壓器在穩(wěn)定運行時，硅鋼片的磁致伸縮會導致變壓器內(nèi)部的鐵芯震動，同時由于有電流經(jīng)過繞組，在繞組、線餅、線匝之間產(chǎn)生的點動力會引起繞組的震動，這種震動與變壓器內(nèi)部的電動力有直接的關(guān)系，所以在震動在外在表現(xiàn)形式上的震動頻率與變壓器自身的負載電流基數(shù)有直接的數(shù)據(jù)關(guān)系，在理想狀態(tài)下變壓器的振動信號的基頻是負載電流基頻的兩倍，即100Hz。

因為變壓器內(nèi)部振動信號與其內(nèi)部電力運行的相關(guān)性，所以在電力變壓器運行過程中其振動信號基本上能夠反應出其內(nèi)部的故障信息，但是電力變壓器故障檢測活動中這種相關(guān)性表現(xiàn)的并不直接，在變壓器運行過程中即使沒有故障也其振動信息也會隨著變壓器內(nèi)部負載的變化而變化，也就說變壓器振動信號的變化只是其繞組變形故障的必要條件，要對變壓器繞組故障進行診斷還需要有其他信息的支持，需要有其他診斷手段的幫助[1]。

2 振動監(jiān)測優(yōu)化與監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測點的確定

在電力變壓器運行過程中，由繞組的受力特點和電力變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以得知，其受力的集中點在距離油箱頂面的1/2高度處，即油箱正面中部的徑向振動傳遞路徑最短、能夠監(jiān)測到的振幅最高[2]。所以在振動信息采集活動中要將該位置作為振動信號的采集位置，在具體的監(jiān)測實踐活動中如果因為變壓器安裝位置的原因造成對該位置的監(jiān)測存在困難，可以酌情將監(jiān)測點向下移動。

在對電力變壓器的震動信號進行采集的活動中，因為變壓器內(nèi)部的線餅和線匝都是立式布置的，其受電動力影響產(chǎn)生的震動也基本是橫向的，所以在振動信號采集活動中采集點要盡量集中在變壓器的縱向位置上，考慮到變壓器的安裝實際，頂部中心是振動數(shù)據(jù)采集的理想位置，變壓器的側(cè)面因為距離振動中心較遠而且其橫向振動因為分布的不均勻，很容易對側(cè)面監(jiān)測產(chǎn)生影響，所以一般不在側(cè)面進行振動數(shù)據(jù)采集。

2.2 故障初步定為

在變壓器的繞組故障診斷活動中，變壓器振動量在變壓器構(gòu)件中傳播的衰減程度要比電氣量在導體中傳播的衰減程度大得多，所以在電力變壓器的繞組故障診斷活動中采取變壓器軸向振動信號作為繞組振動的主要參考數(shù)據(jù)，對變壓器繞組故障進行診斷往往更加有效，通過對變壓器軸向振動信號的衰減程度的分析，判斷出故障所在的繞組相，完成變壓器繞組故障的初步定位[3]。

3 繞組變形故障鎮(zhèn)墩模型與方法

3.1 診斷模型

當電力變壓器的繞組發(fā)生故障后，在其油箱表面的振動信號會發(fā)生顯著的變化，主要表現(xiàn)為振動信號分布的不均勻同時振動信號的衰減和增強現(xiàn)象也表現(xiàn)的極不均勻，這種振動信號的不均勻現(xiàn)象都是變壓器內(nèi)部電動力分布不均勻?qū)е碌模梢哉f故障變壓器的振動信息包含了豐富的故障信息。

通過對電力變壓器運行過程中在不同位置表現(xiàn)出的不同故障振動信息，信息主要包括電力變壓器正面和頂部振動信息，依據(jù)變壓器在不同方向上表現(xiàn)出的不同振動信息組建其變壓器運行過程中故障信息模型，對變壓器繞組故障信息進行具體的分析[4]。

3.2 診斷方法

在電力變壓器的運行過程中，故障的診斷方法主要包含以下幾個步驟，第一、在正常狀態(tài)和未知狀態(tài)下采集油箱頂部和正面中部的6組振動信息；第二、在獲得電力變壓器的震動信息以后，對未知狀態(tài)下的振動信息進行分析，如果其振動信息故障明顯，則說明電力變壓器中存在故障；第三、依據(jù)收集的故障振動信息建立故障診斷模型對變壓器中的故障點進行初步定位；第四、基于電力變壓器中軸向振動監(jiān)測點的監(jiān)測信息對變壓器中的繞組分別進行震動狀態(tài)計算，最終確定將故障位置，并將其精確到繞組[5]。

4 結(jié)語

當前的社會經(jīng)濟活動對能源供應的穩(wěn)定性和可靠性要求極高，在社會經(jīng)濟需求的指導下，電力供應主體對基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法的研究具有鮮明的現(xiàn)實意義，本文從變壓器振動信號分析、振動監(jiān)測優(yōu)化與監(jiān)測方法、繞組變形故障鎮(zhèn)墩模型與方法三個角度對基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進行了簡要的分析，以期為基于振動的電力變壓器繞組變形故障診斷水平提升提供支持和借鑒。

[1]吳書有.基于振動信號分析方法的電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究[D].中國科學技術(shù)大學,2009.

[2]林愛弟.變壓器繞組振動特征提取及其狀態(tài)識別方法研究[D].浙江大學,2014.

[3]胡偉濤.基于繞組傳播規(guī)律的變壓器繞組變形故障診斷[D].華北電力大學(河北),2007.

[4]諸兵.基于短路電抗分析的變壓器繞組變形在線診斷[D].西南交通大學,2007.

[5]洪剛.基于振動法的變壓器繞組及鐵心狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法研究[D].西安理工大學,2010.