鄧慶民 李靜

摘要：電力變壓器在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中起著非常大的作用，電力變壓器可以對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而保證整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。在電力變壓器中，振動(dòng)是引起電力變壓器產(chǎn)生故障的原因之一，同時(shí)也是識(shí)別變壓器繞組變形故障的重要特征。因此在對(duì)電力變壓器進(jìn)行繞組變形故障診斷的時(shí)候一定要對(duì)電力變壓器的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而分析出電力變壓器的繞組變形故障。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；繞組變形故障；診斷方法

一、變壓器振動(dòng)信號(hào)分析

電力變壓器振動(dòng)的主要來(lái)自于鐵芯和繞組的振動(dòng)，當(dāng)電力變壓器在正常運(yùn)行的過(guò)程中，硅鋼片的磁致伸縮引起了鐵芯的振動(dòng)，當(dāng)電流通過(guò)繞組的時(shí)候，電流會(huì)在繞組中間、線餅之間以及線匝之間產(chǎn)生電動(dòng)力，從而引起繞組的振動(dòng)。因?yàn)樽饔迷趯?dǎo)體上的電動(dòng)力和電流以及磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積和漏磁通與電流形成正比，所以變壓器繞組導(dǎo)體所承受的電動(dòng)力以及繞組振動(dòng)的加速度正比與負(fù)載電流的平方，進(jìn)而可以推算出振動(dòng)信號(hào)的基頻是負(fù)載電流基頻的2倍，即是100HZ。變壓器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生很多的故障，這些故障的共同點(diǎn)就是振動(dòng)信號(hào)的基頻增加，而且哪怕變壓器內(nèi)部沒(méi)有存在故障，那么100HZ分量也會(huì)比較大，而且會(huì)隨著負(fù)載電流的變化會(huì)很明顯。所以說(shuō)在利用振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷變壓器是否出現(xiàn)故障時(shí)，僅僅是依靠振動(dòng)信號(hào)100HZ分量的增加是無(wú)法正確判斷出變壓器是否有故障的，也無(wú)法判斷出變壓器的故障屬于哪一類(lèi)的故障。所以如果想要快速、準(zhǔn)確的識(shí)別出變壓器的繞組辨變形故障，還應(yīng)該結(jié)合其他的特征來(lái)進(jìn)行判斷。

在變壓器的磁感應(yīng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間存在有非線性的關(guān)系，所以如果當(dāng)變壓器繞組發(fā)生變形之后，變壓器振動(dòng)中就會(huì)產(chǎn)生50HZ和150HZ等分?jǐn)?shù)次諧波。通過(guò)多次研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)信號(hào)分量為50HZ和150HZ的都可以作為區(qū)別變壓器變形故障與其他故障的有利依據(jù)。除此之外，在變壓器電流和磁通之間還存在有非線性，而且磁通中還存在有高次諧波的成分。當(dāng)變壓器出現(xiàn)不同故障的時(shí)候，變壓器振動(dòng)的不同頻率的成分變化也有所不同，結(jié)合這些頻率的不同變化就可以對(duì)變壓器的故障做進(jìn)一步的判斷。

二、電力變壓器一般振動(dòng)的診斷方法

在對(duì)電力變壓器的故障位置進(jìn)行初步診斷的時(shí)候，工作人員一般都是通過(guò)延時(shí)效應(yīng)來(lái)進(jìn)行定位，通過(guò)相位差來(lái)定位等。在對(duì)變壓器的振動(dòng)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，首先需要在電力變壓器中選擇一個(gè)合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在下面圖1中我們可以看到在變壓器上有6個(gè)可以選擇的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但是這6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并不是每一個(gè)都能有效的監(jiān)測(cè)出變壓器的故障，在這六個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之中，除了第5點(diǎn)之外，其余的1.2.3.4.6點(diǎn)都不能同時(shí)對(duì)變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，所以這五個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都不是最合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。所以只有第5點(diǎn)是合適的，只有變壓器正面中間的第五點(diǎn)可以在最短的路徑中獲得變壓器高壓側(cè)以及低壓側(cè)的振動(dòng)信息。這是在要求選擇一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的前提下，最好是選擇第5點(diǎn)，但是如果要對(duì)變壓器的各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集振動(dòng)數(shù)據(jù)，那么其他5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)也可以使用。

三、電力變壓器繞組變形故障診斷模型和方法

（一）診斷模型

在電力變壓器的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)電力變壓器的繞組發(fā)生故障的時(shí)候，電力變壓器油箱的表面的振動(dòng)情況也會(huì)有所不同，其表現(xiàn)出來(lái)的振動(dòng)信號(hào)也會(huì)發(fā)生很大的變化，不同頻率段的振動(dòng)信號(hào)會(huì)表現(xiàn)出不同程度的衰減或者是增強(qiáng)的現(xiàn)象。因此工作人員需要對(duì)振動(dòng)不同頻率段中的信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲得電力變壓器的故障信息。

電力變壓器故障征兆和故障原因之間存在很大的關(guān)系，所以在單一頻率變化的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)變壓器的故障進(jìn)行診斷，那么很容易會(huì)使故障診斷出現(xiàn)誤差，不能滿(mǎn)足故障診斷的要求。在電力變壓器利用振動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)的過(guò)程中，與正常的振動(dòng)信號(hào)相比，故障產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)在同一頻率內(nèi)信號(hào)產(chǎn)生的能量會(huì)有很大的差別，在這些頻帶中有的信號(hào)能量會(huì)減小，但是有的信號(hào)能量會(huì)增大。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，并且結(jié)合電力變壓器出現(xiàn)繞組并行故障后各振動(dòng)頻帶出現(xiàn)變化的規(guī)律，我們可以建立以下3個(gè)診斷特征構(gòu)成的繞組變形故障診斷模型。以下公式為公式（1）

在這三個(gè)公式中，ET50ET100ET150ET200這四個(gè)分別是變壓器油箱頂面的振動(dòng)信號(hào)50、100、150、200HZ分量的能量值。EF100是變壓器油箱正面中間部分振動(dòng)信號(hào)100HZ分量的能量值，其中公式中的C1C2C3分別是特征1.2.3的特征值。以下公式為公式（2）

要想從監(jiān)測(cè)的變壓器油箱表面振動(dòng)信號(hào)來(lái)確定繞組的狀況，首先需要根據(jù)以上公式確定在正常與故障狀態(tài)下特征向量T的特征值。

當(dāng)電力變壓器的高、低壓繞組中有一個(gè)出現(xiàn)變形后，那么原來(lái)頻率幅度值就會(huì)出現(xiàn)很大的變化。在變壓器變形故障中，變壓器表面的振動(dòng)情況和變壓器的繞組的壓緊情況以及變壓器的位移和變形情況息息相關(guān)，變壓器振動(dòng)頻率變化將引起作為標(biāo)準(zhǔn)特征向量的正常狀態(tài)變壓器振動(dòng)特征向量的變化。如果變壓器發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前特征向量TX與標(biāo)準(zhǔn)特征向量TN進(jìn)行比較，就可以很快的判斷出變壓器的變形故障。

（二）診斷方法

在上文中我們建立了變壓器故障診斷模型，下面就來(lái)研究一下故障診斷的具體方法。

步驟1：分別在變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下和未知狀態(tài)下，對(duì)油箱頂部和正面中部的6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集。

步驟2：當(dāng)獲取到變壓器正面中部振動(dòng)信號(hào)基頻分量的能量，如果變壓器在未知狀態(tài)下的故障特征有很明顯的增加，那么就說(shuō)明在變壓器的內(nèi)部是存在有故障的。

步驟3：在上面兩個(gè)步驟完成之后，再利用公式（1）和公式（2）分別計(jì)算出繞組正常狀態(tài)下和未知狀態(tài)下的特征向量TX和TN。

步驟4：計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)1.2.3位置的 ，如果在這其中 都是正值，那么就可以直接判斷出變壓器內(nèi)部存在有繞組變形的故障。

步驟5：在變壓器的6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中選擇出變壓器繞組軸向振動(dòng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，也就是變壓器油箱頂部三相繞組想對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)即監(jiān)測(cè)點(diǎn)1.2.3，如果從這三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所獲得的振動(dòng)信號(hào)中，其中有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)滿(mǎn)足下列方程組： 此公式為公式（3）。在公式（3）中 分被是變壓器監(jiān)測(cè)位置1.2.3處 和 的值。通過(guò)以上公式就可以初步認(rèn)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)n的位置就是變壓器發(fā)生故障的位置。

綜上所述，本文主要介紹了通過(guò)變壓器的振動(dòng)頻率來(lái)對(duì)變壓器進(jìn)行繞組變形故障診斷的方法。首先本文對(duì)電力變壓器的診斷信號(hào)進(jìn)行分析，然后再對(duì)電力變壓器的一般故障診斷方法進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述。從而讓我們更好的判斷出變壓器的繞組變形故障，為電力變壓器的正常運(yùn)行提供有利的保障。

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