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变压器是电力系统中最重要的设备,变压器绕组变形问题是变压器主要的故障原因之一。本课题主要研究分析了变压器的绕组松动引起的振动特征。
从理论上说变压器油箱表面的振动主要是由于变压器的绕组及铁芯振动引起的,通过测量油箱表面的振动信号可以反映绕组及铁芯的振动情况,从而判断其状况。在本文中,将单个绕组和变压器整体作为研究对象,研究内容包括:变压器绕组与铁芯的振动特性;如何准确测量获得变压器本体的振动信号;变压器整机工作情况下振动和绕组预紧力之间的关系;突发短路对变压器结构的累积效应以及振动信号作为判别绕组故障的可行性分析。
本文的研究工作如下所述:
阐明变压器的振动起因,包括绕组在电动力作用下的振动和铁芯的磁致伸缩引起的振动。采用绕组的等效的单自由度弹簧质量系统的数学模型,从理论上讨论其预紧力和绕组振动之间的关系,一旦预紧力变小,绕组的振动加速度增大并且固有振动频率下降。
针对电力变压器振动信号的特征,在选择了合适的振动传感器、电荷放大器后,建立了一套振动信号测量系统,对试验变压器油箱表面的振动进行了测量,试验结果表明这套振动测试系统能够满足测量的要求。
本文的重点是通过试验研究变压器整机在各种带电工作情况下的振动信号特性和轴向预紧力之间的关系,试验包括变压器空载试验、短路试验、负载试验、突发短路试验。试验选择了14路传感器包括7路油压传感器和7路加速度传感器,分别位于变压器内壁和箱壁上用来测量油压信号和加速度信号。研究表明,在带电情况下,油压传感器在变压器内部强电磁场下受到工频干扰相当严重,所以测量信号只能作为参考。在短路情况下,变压器的振动主要是由于绕组的电动力引起的,电动力引起的振动信号基频是100Hz,从振动信号频谱分析中可以看出绕组引起的振动主要集中在低频信号;而在空载情况下,变压器的振动主要是由于铁芯的磁致伸缩引起的,磁致伸缩引起的振动信号基频也是100Hz,但是其引起的振动信号的高频谐振频率含量很丰富。对于在不同的预紧力情况下,系统的结构相应发生了变化,所以表现在振动信号上发生了明显的变化,模拟发生故障的绕组这一相的箱壁上的振动信号随着预紧力的变化有着相应的幅值谱幅值单调变化趋势,变化的幅度相当明显。由此从试验上验证了振动信号分析法可以较好的作为变压器绕组故障诊断的依据