陳建松

摘 要：本文主要研究的是影響變壓器繞組振動(dòng)的相關(guān)因素，通過(guò)利用Maxwell和ANSYS Workbench一些相關(guān)的軟件，去建立10 kV/400 V 電力變壓器的模型設(shè)計(jì)，模仿變壓器穩(wěn)定的狀態(tài)條件下其震動(dòng)的具體特性進(jìn)行了相關(guān)的研究計(jì)算，而且與所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，然后檢驗(yàn)其是否合適。另外本文還主要就繞組軸向振動(dòng)得所設(shè)計(jì)的模型中的一些絕緣墊塊做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，做了變壓器溫度升高會(huì)產(chǎn)生的影響實(shí)驗(yàn)等，對(duì)于當(dāng)場(chǎng)測(cè)到的一些重要數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，得到了就繞組軸向振動(dòng)的相關(guān)特性，不管是緊松程度還是溫度變化，老化程度等，最后的結(jié)果也預(yù)示了就其繞組越緊的時(shí)候，變壓器的箱體各種振幅變化就會(huì)比較的明顯，其基礎(chǔ)頻率就會(huì)減少，變壓器的振動(dòng)直接受溫度影響，會(huì)呈現(xiàn)有規(guī)律的增長(zhǎng)，其工作的年代長(zhǎng)短就顯得沒那么重要了，總體而言隨著其運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，變壓器箱體振動(dòng)信號(hào)諧波畸變率就會(huì)變得更高。

關(guān)鍵詞：變壓器 繞組振動(dòng) 絕緣墊塊 振幅變化

這些年來(lái)，我們國(guó)家的電網(wǎng)發(fā)展速度極快，電力變壓器作為其中的一份子，其可靠程度也被更多的人越來(lái)越重視。國(guó)內(nèi)外變壓器事故層發(fā)不窮，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析，我們不難看出，電力變壓器出現(xiàn)問(wèn)題的地方就是繞組線圈，所以我們就要加強(qiáng)對(duì)繞組線圈的研究，經(jīng)常地觀測(cè)，變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，繞組線圈受電流影響會(huì)發(fā)生振動(dòng)。

本文專門對(duì)一臺(tái)10 kV/400 V 的變壓器進(jìn)行了相關(guān)的研究，建立了三維模型針對(duì)其相關(guān)的結(jié)構(gòu)，針對(duì)繞阻變化專門進(jìn)行了電磁分析和動(dòng)力分析。對(duì)于構(gòu)成繞阻結(jié)構(gòu)的元件的絕緣墊塊進(jìn)行了相關(guān)情況下的實(shí)驗(yàn)，針對(duì)其不同的環(huán)境，松緊程度，老化情況、溫度高低下其的相關(guān)變化，得出其振動(dòng)變化的一些規(guī)律。筆者認(rèn)為本文在這一方面的研究意義頗大。

1、繞組結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

1.1 變壓器繞組幾何模型建立

在有限元分析計(jì)算情況下，我們?nèi)パ芯科湔駝?dòng)特性，本文用來(lái)試驗(yàn)的這臺(tái)變壓器，我們對(duì)其尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)研究后建立繞阻模型，高低壓情況下繞阻墊塊數(shù)量都有八個(gè)，我們用Inventor建立了變壓器繞阻的相關(guān)的 3三維模型。

因?yàn)樽儔浩鞯睦@組和鐵芯其就結(jié)構(gòu)而言總體相對(duì)稱，所以為了盡可能的節(jié)省出大量的空間，我們對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行了研究分析，主要針對(duì)的使其平面的結(jié)構(gòu)；我們?cè)谀７逻^(guò)程中，我們對(duì)于一些像鐵芯等物件都沒有納入其中，為了盡可能的去提升效率。

1.2 繞組漏磁場(chǎng)計(jì)算

1.2.1 參數(shù)設(shè)置

因?yàn)樯婕暗搅私^緣墊塊、絕緣紙筒材料其磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率對(duì)周圍磁場(chǎng)產(chǎn)生影響的可能性很低，所以一般我們?cè)谟?jì)算漏磁場(chǎng)的時(shí)候都不納入其中來(lái)計(jì)算。但是我們研究所用的高低壓繞阻其所用的壓板的材料都是金屬的，渦流效應(yīng)對(duì)于周圍的漏磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生影響，所以我們就不可以將其忽略。對(duì)于所用部件的材料的相關(guān)的屬性而言，我們主要針對(duì)的就是其磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率，這是非常重要的變壓器的繞阻，鐵芯硅鋼片等材料的屬性要根據(jù)具體情況來(lái)定，一般我們所用的就是 B–H 曲線。

1.2.2 漏磁場(chǎng)計(jì)算

一般情況下變壓器運(yùn)行的條件都是固定的，達(dá)到頂值時(shí)變壓器我們使用三相狀態(tài)下繞阻間磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量圖就能得出好多的數(shù)據(jù)，在繞阻中間，磁感應(yīng)的強(qiáng)度大小主要以其軸向分量為準(zhǔn)，越向繞阻兩邊靠近，其量值不斷地增加。

1.3 繞組動(dòng)力學(xué)分析

我們根據(jù)所建的繞阻的三維模型，分析其軸向振動(dòng)所產(chǎn)生的相關(guān)研究成果，去進(jìn)行分析研究。

2、繞組軸向振動(dòng)特性影響因素仿真計(jì)算

我們根據(jù)變壓器的振動(dòng)理論得出以下的結(jié)果，變壓器的振動(dòng)受影響的因素是非常的多的，主要受到運(yùn)行工況的影響，一般情況下運(yùn)行工況如果不發(fā)生變化的話，繞阻的振動(dòng)受其他的因素的影響也會(huì)非常的多，這些因素大多為非故障的。通過(guò)分析研究繞組的質(zhì)量–彈簧模型，我們發(fā)現(xiàn)其一些元件的屬性會(huì)對(duì)軸向振動(dòng)產(chǎn)生很大的影響。我們使用的絕緣墊塊的材料一般為絕緣紙板，它的力學(xué)特性受影響的因素也很多，有溫度，濕度、壓力等各方面的影響，本節(jié)主要就從這一方面出發(fā)去進(jìn)行相關(guān)的研究。

油浸式電力變壓器在工作當(dāng)中，因?yàn)槠淅锩娴母鞣N情況相對(duì)繁雜，受到溫度影響較大，加上近些年以來(lái)，特高壓也飛速發(fā)展，變壓器容量越來(lái)越大，受溫度的影響比較的大，溫度對(duì)于繞阻振動(dòng)的變化主要體現(xiàn)在以下的兩方面。

通常情況下，我們依據(jù)加熱老化的方式不同，使用的絕緣紙板的試樣的類型也不一樣，其受影響作用的就是其溫度和熱作用的時(shí)間影響，一般情況下熱老化的等效絕緣壽命我們可以通過(guò)估計(jì)得出的，其系數(shù)由變壓器正常工作的溫度決定，選用一些樣品，控制在 130 ℃左右，然后接下來(lái)對(duì)楊氏模量進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，其模量隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)減小。

3、繞組振動(dòng)影響因素試驗(yàn)研究

以上通過(guò)介紹繞阻變動(dòng)的絕緣墊塊的分析研究，在此基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)進(jìn)行溫度及其老化程度的分析研究，研究其規(guī)律，接下來(lái)我們主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證。

3.1 運(yùn)行年限對(duì)振動(dòng)特性的影響

運(yùn)行年限的長(zhǎng)短對(duì)于振動(dòng)特性的影響還是比較的大的，我們主要針對(duì)許多現(xiàn)在正在運(yùn)行過(guò)程中的變壓器展開研究實(shí)驗(yàn)，探究其影響規(guī)律，其中信息量比較充足的大概有四十五臺(tái)左右，由此可以推出，在時(shí)間不斷增長(zhǎng)的情況下，變壓器的振動(dòng)幅度在不斷地增大，主要原因就是其墊塊老化所產(chǎn)生的，導(dǎo)致了其振動(dòng)幅度不斷地上升，這與前面的模擬實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果相似性很高。

3.2 溫升試驗(yàn)

溫度對(duì)變壓器振動(dòng)的影響到底大不大，這是需要深入研究的，我們需要不斷地變化溫度器變壓器進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，變壓器的繞阻會(huì)隨著位置的不同而產(chǎn)生不同程度的振幅變化，增長(zhǎng)的速率也比較的相近，這與模擬的結(jié)果差不多，而且通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)在溫度上升的情況下，其振動(dòng)的頻率也會(huì)發(fā)生很大的變化，且隨機(jī)性比較大。

4、結(jié)論

本文主要就現(xiàn)實(shí)生活中我們使用的變壓器依據(jù)其振動(dòng)變幅建立模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，根?jù)模型去計(jì)算一些相關(guān)的特性對(duì)其振動(dòng)變化的影響，總結(jié)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得出有效的答案。

（1）對(duì)于繞組振動(dòng)模型中的相關(guān)的彈性元件，絕緣墊塊力學(xué)特性受到得影響因素是非常的多，對(duì)其楊氏模量的影響也很大。（2）變壓器箱體振動(dòng)信號(hào)中基頻分量會(huì)受氣溫度的影響，出現(xiàn)一些有規(guī)律的增長(zhǎng)，總體上保持上升，但是其隨機(jī)性也很明顯。（3）發(fā)生繞組松動(dòng)的變壓器箱體振動(dòng)信號(hào)頻率大小不同，分量不斷增長(zhǎng)，振幅發(fā)生變化，諧波畸變率隨預(yù)緊力的減小而增大。

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