馮全亮

(山西省忻州供電公司,山西忻州 034000)

基于振動(dòng)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性有更高的要求,受這一要求的指導(dǎo)在電力供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中起到基礎(chǔ)作用的變壓器故障和故障診斷方法受到電力供應(yīng)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注,本文從振動(dòng)的角度出發(fā),結(jié)合電力變壓器繞組變形故障的實(shí)際,對(duì)基于振動(dòng)的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

振動(dòng) 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(yùn)行過(guò)程中的基本電力供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，其在運(yùn)行中的故障對(duì)電力系統(tǒng)的電力供應(yīng)穩(wěn)定性和可靠性都有基礎(chǔ)性的影響，進(jìn)而影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力供應(yīng)穩(wěn)定、可靠要求的大形勢(shì)下，對(duì)基于振動(dòng)的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進(jìn)行研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變壓器振動(dòng)信號(hào)分析

在運(yùn)行過(guò)程中變壓器之所以會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，是因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部鐵芯和繞組的震動(dòng)，電力變壓器在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，硅鋼片的磁致伸縮會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的鐵芯震動(dòng)，同時(shí)由于有電流經(jīng)過(guò)繞組，在繞組、線餅、線匝之間產(chǎn)生的點(diǎn)動(dòng)力會(huì)引起繞組的震動(dòng)，這種震動(dòng)與變壓器內(nèi)部的電動(dòng)力有直接的關(guān)系，所以在震動(dòng)在外在表現(xiàn)形式上的震動(dòng)頻率與變壓器自身的負(fù)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(dòng)信號(hào)的基頻是負(fù)載電流基頻的兩倍，即100Hz。

因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部振動(dòng)信號(hào)與其內(nèi)部電力運(yùn)行的相關(guān)性，所以在電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中其振動(dòng)信號(hào)基本上能夠反應(yīng)出其內(nèi)部的故障信息，但是電力變壓器故障檢測(cè)活動(dòng)中這種相關(guān)性表現(xiàn)的并不直接，在變壓器運(yùn)行過(guò)程中即使沒(méi)有故障也其振動(dòng)信息也會(huì)隨著變壓器內(nèi)部負(fù)載的變化而變化，也就說(shuō)變壓器振動(dòng)信號(hào)的變化只是其繞組變形故障的必要條件，要對(duì)變壓器繞組故障進(jìn)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(dòng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化與監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的確定

在電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中，由繞組的受力特點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)傳遞路徑最短、能夠監(jiān)測(cè)到的振幅最高[2]。所以在振動(dòng)信息采集活動(dòng)中要將該位置作為振動(dòng)信號(hào)的采集位置，在具體的監(jiān)測(cè)實(shí)踐活動(dòng)中如果因?yàn)樽儔浩靼惭b位置的原因造成對(duì)該位置的監(jiān)測(cè)存在困難，可以酌情將監(jiān)測(cè)點(diǎn)向下移動(dòng)。

在對(duì)電力變壓器的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集的活動(dòng)中，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部的線餅和線匝都是立式布置的，其受電動(dòng)力影響產(chǎn)生的震動(dòng)也基本是橫向的，所以在振動(dòng)信號(hào)采集活動(dòng)中采集點(diǎn)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(shí)際，頂部中心是振動(dòng)數(shù)據(jù)采集的理想位置，變壓器的側(cè)面因?yàn)榫嚯x振動(dòng)中心較遠(yuǎn)而且其橫向振動(dòng)因?yàn)榉植嫉牟痪鶆颍苋菀讓?duì)側(cè)面監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響，所以一般不在側(cè)面進(jìn)行振動(dòng)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(dòng)中，變壓器振動(dòng)量在變壓器構(gòu)件中傳播的衰減程度要比電氣量在導(dǎo)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(dòng)中采取變壓器軸向振動(dòng)信號(hào)作為繞組振動(dòng)的主要參考數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器繞組故障進(jìn)行診斷往往更加有效，通過(guò)對(duì)變壓器軸向振動(dòng)信號(hào)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(dāng)電力變壓器的繞組發(fā)生故障后，在其油箱表面的振動(dòng)信號(hào)會(huì)發(fā)生顯著的變化，主要表現(xiàn)為振動(dòng)信號(hào)分布的不均勻同時(shí)振動(dòng)信號(hào)的衰減和增強(qiáng)現(xiàn)象也表現(xiàn)的極不均勻，這種振動(dòng)信號(hào)的不均勻現(xiàn)象都是變壓器內(nèi)部電動(dòng)力分布不均勻?qū)е碌?，可以說(shuō)故障變壓器的振動(dòng)信息包含了豐富的故障信息。

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

3.2 診斷方法

在電力變壓器的運(yùn)行過(guò)程中，故障的診斷方法主要包含以下幾個(gè)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(dòng)信息；第二、在獲得電力變壓器的震動(dòng)信息以后，對(duì)未知狀態(tài)下的振動(dòng)信息進(jìn)行分析，如果其振動(dòng)信息故障明顯，則說(shuō)明電力變壓器中存在故障；第三、依據(jù)收集的故障振動(dòng)信息建立故障診斷模型對(duì)變壓器中的故障點(diǎn)進(jìn)行初步定位；第四、基于電力變壓器中軸向振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息對(duì)變壓器中的繞組分別進(jìn)行震動(dòng)狀態(tài)計(jì)算，最終確定將故障位置，并將其精確到繞組[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性要求極高，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求的指導(dǎo)下，電力供應(yīng)主體對(duì)基于振動(dòng)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(shí)意義，本文從變壓器振動(dòng)信號(hào)分析、振動(dòng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化與監(jiān)測(cè)方法、繞組變形故障鎮(zhèn)墩模型與方法三個(gè)角度對(duì)基于振動(dòng)的電力變壓器繞組變形故障診斷方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，以期為基于振動(dòng)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(shū)有.基于振動(dòng)信號(hào)分析方法的電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2009.

[2]林愛(ài)弟.變壓器繞組振動(dòng)特征提取及其狀態(tài)識(shí)別方法研究[D].浙江大學(xué),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(xué)(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(xué),2007.

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