呂繼龍（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江　哈爾濱　150078）

負(fù)載電流法在基于振動(dòng)信號(hào)分析法監(jiān)測(cè)變壓器鐵心狀況中的應(yīng)用分析

呂繼龍
（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150078）

振動(dòng)法能夠有效的診斷變壓器運(yùn)行中潛伏的故障。由于振動(dòng)法在檢測(cè)出故障的同時(shí)還能夠檢測(cè)鐵心的狀況，為其進(jìn)行充分的研究開(kāi)辟了門(mén)路。文中提到了一種負(fù)載電流法，在不空載運(yùn)行變壓器的情況下，能夠取得變壓器鐵心振動(dòng)信號(hào)基頻成分。通過(guò)模擬變壓器實(shí)際運(yùn)行的情況，觀察不同空載和負(fù)載電流情況下變壓器本體的震動(dòng)加速信號(hào)，分析擬合的負(fù)載電流與振動(dòng)加速信號(hào)基頻成分的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)得出，負(fù)載電流為零時(shí)變壓器振動(dòng)信號(hào)基頻成分的幅值與空載情況時(shí)變壓器振動(dòng)信號(hào)基頻成分差異不大。由此可以看出，振動(dòng)分析方法用于提取變壓器鐵心振動(dòng)信號(hào)的基頻成分是可行的。最后，對(duì)鐵心故障采用負(fù)載電流法監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該方法不失為初步判定鐵心狀況的有效方法。

負(fù)載電流法；振動(dòng)信號(hào)；變壓器

變壓器的運(yùn)行狀況關(guān)乎全電網(wǎng)的安全，繞組和鐵心是其重要組成部分。變壓器繞組、鐵心的壓緊狀況、繞組的位移以及變形狀態(tài)都有可能引起變壓器器身表面的振動(dòng)。在測(cè)量變壓器器身的振動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)電力變壓器。從國(guó)外綜合文獻(xiàn)看，判斷變壓器鐵心的狀況一般是采用振動(dòng)法監(jiān)測(cè)變壓器鐵心故障，在空載條件情況下，測(cè)量變壓器器身的振動(dòng)信號(hào)。本文在以不改變變壓器運(yùn)行狀況的前提下，研究負(fù)載電流與器身振動(dòng)信號(hào)之間的聯(lián)系，尋求得到變壓器鐵心振動(dòng)信號(hào)的方法，監(jiān)測(cè)變壓器鐵心振動(dòng)信號(hào)的狀況。

一、理論依據(jù)

（一）振動(dòng)原理分析

變壓器本體和冷卻裝置的振動(dòng)是引起變壓器器身振動(dòng)的主要原因。冷卻系統(tǒng)在小于100Hz會(huì)引起基本振動(dòng)。硅鋼片的磁致伸縮、硅鋼片接縫處和疊片之間由于存在因漏磁而產(chǎn)生電磁吸引力，電流在繞組間、線餅間、線匝間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)電磁力以及油箱壁因漏電而引起的振動(dòng)是致使本體振動(dòng)的主要原因。

早前的國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)驗(yàn)曾表明漏磁引起的鐵心振動(dòng)對(duì)變壓器本體的振動(dòng)的影響不顯著，變壓器本體振動(dòng)主要是受鐵心和繞組震動(dòng)的影響。隨著鐵心疊積方式的改進(jìn)以及無(wú)緯環(huán)氧玻璃粘帶的采用，硅鋼片接縫處和疊片之間由于存在因漏磁而產(chǎn)生電磁吸引力越來(lái)越小，對(duì)鐵心振動(dòng)的程度也越來(lái)越弱。由此可以看出，硅鋼片的磁致伸縮是引起鐵心振動(dòng)的關(guān)鍵。

磁致伸縮的大小受外磁場(chǎng)大小和材料溫度的影響。正常運(yùn)行的變壓器，鐵心的溫度并不會(huì)發(fā)生太大的變化。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，在變壓器的相同分接位置，激磁電流在鐵心中產(chǎn)生的主磁通大小基本相當(dāng)。因而，磁致伸縮對(duì)鐵心振動(dòng)的影響基本不明顯。

磁致伸縮越大，磁感應(yīng)越強(qiáng)烈，電源電流周期是磁致伸縮變化周期的兩倍。以兩倍的電源頻率為基頻，磁致伸縮引起鐵心振動(dòng)。鐵心振動(dòng)頻譜中不僅包括基頻還有高次諧波成分，是由不同的沿鐵心內(nèi)框及外框磁通路徑長(zhǎng)短和鐵心磁致伸縮的非線性所導(dǎo)致的。

（二）故障判斷和振動(dòng)信號(hào)取得

鐵心在變壓器相同的分接位置處，其振動(dòng)在空載、負(fù)載和負(fù)載時(shí)的變化大小沒(méi)有很大差異。負(fù)載電流越大，繞組的振動(dòng)信號(hào)越大。鐵心壓緊不夠會(huì)導(dǎo)致硅鋼片發(fā)生松動(dòng)。硅鋼片自身的重量引起鐵心發(fā)生彎曲變形，使硅鋼間的縫隙變大，同時(shí)也會(huì)使硅鋼片接縫處和疊片間的漏磁變大。

（三）驗(yàn)證負(fù)載電流法的有效性

負(fù)載電流的大小會(huì)影響變壓器本體振動(dòng)加速信號(hào)的高次諧波成分；另外，與材料的特性也密切相關(guān)。因而，從負(fù)載電流與本體振動(dòng)信號(hào)的關(guān)系中取得鐵心的高次諧波成分是不可行的。在等效于電力變壓器實(shí)際運(yùn)行中維持調(diào)壓器的輸入電壓值穩(wěn)定的情況下，可以通過(guò)改變變壓器高壓測(cè)所接水電阻的阻值來(lái)改變負(fù)載電流的大小。

從表1看出，負(fù)載電流I與振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分幅值F擬合關(guān)系所得的方程式為：F=7.04+12589.82I2。當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分幅值為7.04mV。

表2為測(cè)量變壓器空載運(yùn)行時(shí)，本體振動(dòng)加速信號(hào)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。分析得出，當(dāng)f=100Hz時(shí)，F(xiàn)=7.17mV。與利用負(fù)載電流法存在1.8%的誤差。因而，當(dāng)誤差小于1.8%時(shí)，無(wú)須空載變壓器，可以通過(guò)負(fù)載電流與振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分的關(guān)系方程式便可得出鐵心振動(dòng)信號(hào)的基頻成分。

二、實(shí)際運(yùn)用

綜合上文所述，通過(guò)減小鐵心的徑向壓緊力，對(duì)模擬故障采用負(fù)載電流法測(cè)量變壓器的振動(dòng)信號(hào)。由表3，擬合得出故障時(shí)負(fù)載電流與振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分幅值間的線性方程式為：Ff=10.3739+12583.75I2f。故障情況下，負(fù)載電流為零時(shí)，振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分幅值為10.3739mV。由此可見(jiàn)，鐵心振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分幅值比正常時(shí)增長(zhǎng)了47.36%。

一般而言，當(dāng)額定電流小于50%時(shí)，電力變壓器的運(yùn)行狀況是不樂(lè)觀的?？紤]負(fù)載電流在額定電流超過(guò)50%以上的情況，重新擬合數(shù)據(jù)，分析外推求得的空載振動(dòng)值的影響情況和擬合點(diǎn)的數(shù)量及分布，其研究結(jié)果分別為：當(dāng)鐵心運(yùn)行正常時(shí)，F(xiàn)=6.96+12591.82I2；而在故障的情況下，F(xiàn)f=10.3362+12587.84I2f。對(duì)比分析采用更多額定電流與采用50%以上額定電流下振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)擬合得到的直線方程與外推求得的空載振動(dòng)值相當(dāng)。由于噪音和虛假信號(hào)的影響較小，在現(xiàn)場(chǎng)想要運(yùn)用這種方法準(zhǔn)確地外推出空載振動(dòng)信號(hào)的基頻成分值，可以在50%到滿負(fù)載間均勻地取三個(gè)或以上的擬合點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

電壓變壓器器身振動(dòng)信號(hào)、內(nèi)部繞組、鐵心的狀況相互聯(lián)系，相互影響。其內(nèi)容的廣泛性及信息的豐富性為開(kāi)展變壓器的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)工作提供了好的依據(jù)。利用負(fù)載電流法在沒(méi)有空載變壓器的情況下，就可以判斷出鐵心的故障問(wèn)題，并有效地提取變壓器鐵心的振動(dòng)信號(hào)基頻成分。

表1　負(fù)載電流振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分

表2　空載時(shí)變壓器本體振動(dòng)信號(hào)基頻成分

表3　故障時(shí)鐵心負(fù)載電流與振動(dòng)加速度信號(hào)基頻成分

[1]汲勝昌.變壓器繞組與鐵心振動(dòng)特性及其在故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D].西安交通大學(xué)，2003.

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