皮火箭

摘 要：為了對影響變壓器繞組振動特性的因素進(jìn)行研究，本文構(gòu)建了電力變壓器的有限元模型，結(jié)合Maxwell等相關(guān)軟件提供輔助， 對基于穩(wěn)態(tài)條件下的變壓器繞組軸向振動特性進(jìn)行仿真計算，之后將計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)互相對比進(jìn)行驗證。通過實驗、現(xiàn)場振動普測等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出變壓器繞組軸向振動特性的影響因素。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)條件;變壓器;繞組軸向;振動特性;影響因素

我國電網(wǎng)行業(yè)近幾年來獲得迅猛發(fā)展，變壓器作為電網(wǎng)運(yùn)行過程中的關(guān)鍵設(shè)備，只有保持運(yùn)行穩(wěn)定性才能促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行更加可靠。通過對國內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研究之后發(fā)現(xiàn)電壓器經(jīng)常出現(xiàn)重點(diǎn)事故部分為繞組線圈，因此需要對穩(wěn)態(tài)條件下的變壓器繞組軸向振動特性與其影響因素進(jìn)行研究，才能確保變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定。

一、穩(wěn)態(tài)條件下變壓器繞組軸向振動特性影響因素仿真計算

將變壓器振動理論作為基礎(chǔ)，運(yùn)行工況會對變壓器的振動產(chǎn)生影響?；谶\(yùn)行工況相同的基礎(chǔ)上，其他非故障因素也會對繞組的振動特性產(chǎn)生影響。通過繞組質(zhì)量-彈簧模型可以看出，內(nèi)部的繞組絕緣墊塊產(chǎn)生的力學(xué)特性會對軸向振動產(chǎn)生重要影響。絕緣墊塊為紙板，無論是溫度、濕度、應(yīng)力等因素都會對其力學(xué)特性產(chǎn)生影響。

（一）預(yù)緊力因素

1.絕緣塊力學(xué)特性受到的影響

將絕緣墊塊的楊氏模量進(jìn)行改變，就可以產(chǎn)生變壓器的軸向預(yù)緊力，也會對繞組的振動造成影響。若變壓器處于某種預(yù)緊力下，可以利用理論計算得出絕緣墊塊的所受應(yīng)力，從而獲得絕緣墊塊楊氏模量的結(jié)果[1]。通過相關(guān)公式的計算，可以獲得繞組預(yù)緊力與墊塊楊氏模量中存在的關(guān)系。將實驗中變壓器的一層墊塊為例，計算獲得楊氏模量與繞組預(yù)緊力之間的關(guān)系，可以看出，基于繞組預(yù)緊力范圍基礎(chǔ)上，繞組墊塊楊氏模量與預(yù)緊力之間存在正比關(guān)系。

2.繞組軸向振動特性受到的影響

通過對繞組模型進(jìn)行分析，對不同預(yù)緊力條件下的高壓繞在振動特性進(jìn)行仿真計算與分析。通過計算結(jié)果可以看出，若預(yù)緊力增高，就會減少變壓器繞組的振動幅值。因此可以看出，若變壓器的繞組出現(xiàn)松動情況，就會增加基頻的振動分量。

（二）溫度因素

1.絕緣塊力學(xué)特性受到的影響

本文的實驗與計算中，將絕緣墊塊浸泡在不同油溫情況下，之后對絕緣墊塊的楊氏模量進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變實驗。之后對實驗得到的楊氏模量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，通過計算結(jié)果可以看出，若油溫增加，絕緣墊塊的楊氏模量會減少。

2.繞組振動特性受到的影響

將不同溫度條件下的絕緣墊塊楊氏模量擬合值結(jié)合繞組模型進(jìn)行計算，從而獲得基于不同溫度狀態(tài)下的低壓繞組振動特性結(jié)果。從計算結(jié)果中可以看出，繞組基頻振幅與變壓器的浸油溫度數(shù)據(jù)間為正比關(guān)系，同時，在相同繞組的不同位置線餅的振動情況下，斜率基本相同。

（三）老化程度因素

1.絕緣墊塊力學(xué)特性受到的影響

本文采用了加速熱老化的方式，對不同老化程度的絕緣紙板試樣進(jìn)行了準(zhǔn)備。溫度與熱作用時間會對絕緣紙板的熱老化程度產(chǎn)生主要影響，在對其熱老化等效絕緣壽命進(jìn)行計算時，使用了蒙辛格熱老化規(guī)則，熱老化系數(shù)采用了我國油浸式變壓器的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度數(shù)據(jù)。設(shè)置樣品的制備溫度為130 [2]，之后對制備樣品進(jìn)行了計算。還測試了每一個樣品的楊氏模量。通過實驗與計算結(jié)果可以看出，絕緣紙板楊氏模量與運(yùn)行年限之間呈反比關(guān)系。

2.繞組振動特性受到的影響

將不同運(yùn)行年限條件下的繞組墊塊應(yīng)力應(yīng)變曲線值利用繞組模型進(jìn)行計算，會得出不同溫度條件下的低壓繞組振動特性結(jié)果。從結(jié)果可以看出，運(yùn)行年限的提升，會加快變壓器繞組振動由于絕緣墊塊造成的老化速度。與此同時，若樣品等效的運(yùn)行年限超過20a，會使振動幅度大幅提升，若等效運(yùn)行時間在20a范圍內(nèi)，絕緣墊塊老化因素不會對其振動增幅產(chǎn)生較大影響。

二、實驗分析

（一）繞組的松動情況

為了對穩(wěn)態(tài)條件下的變壓器繞組預(yù)緊力對繞組振動特性產(chǎn)生的影響，對變壓器進(jìn)行了人工模擬故障操作，之后繪制了箱體部分的振動頻譜圖。通過頻譜圖可以看出，若繞組出現(xiàn)松動故障，振動的加速度分量會快速增加。與此同時，預(yù)緊力與繞組的基頻振幅呈反比狀態(tài)，同時負(fù)載電流的水平上升，也會增加振動的斜率。

（二）升溫實驗

為了對溫度對變壓器振動特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究，對實驗中的變壓器采用了升溫實驗，并獲得振動值。通過實驗可以看出，變壓器的繞組在不同部分產(chǎn)生的振動，隨著溫度增加，會呈現(xiàn)線性上升的狀態(tài)，增長的斜率較為相似。同時，溫度的不斷上升，會使振動的主頻率基頻分量不斷上升。

（三）運(yùn)行時間對振動特性產(chǎn)生影響

在實驗現(xiàn)場對變壓器進(jìn)行了振動特性實驗，其中包括含有運(yùn)行年限信息的機(jī)器，之后將不同運(yùn)行年限基礎(chǔ)上的變壓器振動基頻分量值進(jìn)行了檢測與統(tǒng)計。將統(tǒng)計結(jié)果與已經(jīng)運(yùn)行42a的剛出長變壓器振動基頻幅值進(jìn)行對比，可以看出，變壓器的運(yùn)行時間增加，就會造成變壓器基頻振動幅值呈現(xiàn)出增加的規(guī)律狀態(tài)。造成這種變化規(guī)律出現(xiàn)的主要因素可能是變壓器的墊塊老化[3]，減少了墊塊的彈性模量，從而增高了繞組基頻振動幅值，與仿真計算實驗中的結(jié)果相同。

三、結(jié)語

本文將實際變壓器為基礎(chǔ)，構(gòu)建了繞組振動特性有限元仿真模型，之后使用模型對繞組的預(yù)緊力、溫度等因素對振動特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行計算與分析，并得出結(jié)論：第一，絕緣墊塊是變壓器繞組振動模型中的彈性元件，其力學(xué)特性會受到多方面因素的影響，若預(yù)緊力增加，其楊氏模量就會提升。同時若溫度與老化時間增加，就會降低絕緣墊塊的楊氏模量。第二，通過仿真計算與研究，發(fā)現(xiàn)變壓器的繞組預(yù)緊力若下降，軸向的振動幅值就會上升。若繞組溫度上升，軸向振動也會上升。若繞組老化時間較長，就會增加軸向的振動幅值。第三，變壓器的箱體振動信號中，基頻分量值與油溫呈正比，以線性的方式增長，若相同繞組增長斜率相似，就會使振動頻譜中高次諧波分量持續(xù)上升，還會具備較強(qiáng)的隨機(jī)性。

因此相關(guān)企業(yè)、單位需要將變壓器繞組軸向振動特性與其影響因素作為基礎(chǔ)加強(qiáng)變壓器的檢測力度，避免變壓器出現(xiàn)故障，為電網(wǎng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李付貴. 油浸式變壓器振動特性分析及油溫變化對振動的影響研究[D].東南大學(xué)，2017.

[2]閆志強(qiáng)，雷霞，何建平，李琪菡. 油浸式變壓器繞組振動影響因素研究[J]. 電力科學(xué)與工程，2017，33（06）：72-78.

[3]王萬超. 多次短路下變壓器繞組短路強(qiáng)度與穩(wěn)定性研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2017.