吉开泉
佛山市劲能电力工程有限公司 528000
摘要：作为电力系统的关键设备之一，电力变压器的正常运行对电网的安全可靠性起到决定性作用。在电力供应系统运行过程中起到基础作用的变压器故障和故障诊断方法受到电力供应领域的广泛关注，本文从振动的角度出发，结合电力变压器绕组变形故障的实际，对基于振动的电力变压器绕组变形故障诊断方法进行简要的分析。
关键词：变压器；故障；诊断方法
引言
电力变压器作为变电站最核心的设备，其安全稳定运行对确保供电可靠性和提高经济性具有重要作用。据不完全统计，造成变压器损坏和停运的各种故障因素中，绕组变形占据近半壁江山。变压器的运输、运行、绝缘老化受损以及地震等不可抗力均能造成绕组不同程度的变形，特别是运行变压器在外部出口短路的情况下，绕组中短路电流形成巨大的电磁力使得绕组产生变形故障。变形具有累积效应，随着变形程度的发展，绕组绝缘受损，绕组的抗短路能力进一步降低，最终即使在较小的短路电流作用下，变压器也会因为绕组不可恢复的变形而损坏，导致电网的停运。在社会经济发展对电力供应稳定、可靠要求的大形势下，对基于振动的电力变压器绕组变形故障诊断方法进行研究具有鲜明的现实意义
1变压器振动信号分析
1.1变压器振动来源
变压器表面的振动主要来源于铁芯和绕组的振动，电力变压器稳定运行时，硅钢片的磁致伸缩引起了铁芯振动，由电流通过绕组时在绕组间、线饼间、线匝间产生的电动力引起绕组振动。由于作用在导体上的电动力与电流和磁场强度的乘积及漏磁通与电流成正比，故变压器绕组导体所受电动力及绕组振动的加速度正比于负载电流的平方，同时可推导出振动信号的基频是负载电流基频的2倍，即为100 Hz。
振动信号的基频增加是变压器多种故障的共有特性，即使变压器内部没有故障，100 Hz分量也较大且随负载电流变化明显，即100 Hz信号是绕组变形的必要特征但非充分特征。因此，如果仅振动信号100 Hz分量增加，并不能准确判断是否有故障，更不能判别是哪一类故障。因此，若要快速、准确地判别绕组变形故障，需要结合其他特征进行诊断。
1.2运行状态量对振动的影响及折算
变压器运行时，其加载电压、负载电流以及油温等运行状态量，均会对变压器油箱表面的振动信号产生影响，将会给振动信号的采集带来误差，影响故障诊断的结果。因此，在分析振动信号前对其作适当的折算尤为重要。绕组的振动是在漏感影响下，由线圈中电流相互作用产生电动力引起的，故负载电流发生变化时，绕组受到的电动力也产生变化，绕组振动情况取决于负载电流的平方¨j，即
Fw ∝ i2 （1）
式中：Fw为绕组中通入负载电流引起的电动力；i为负载电流。因此，判断绕组状况时必须考虑负载
电流的影响。由于变压器的振动是由绕组、铁芯、冷却系统及分接开关共同引起的，故需考虑铁芯、冷却系统及分接开关对振动的影响。
由于变压器的振动是由绕组、铁芯、冷却系统及分接开关共同引起的，故需考虑铁芯、冷却系统及分接开关对振动的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铁芯的振动主要取决于硅钢片的磁致伸缩，考虑到加载电压和磁通密度之间存在线性关系[1]，可知铁芯所受磁致伸缩引起的振动力与加载电压之间存在平方关系，即
Fe ∝ U2 （2）
式中：Fe为铁芯受磁致伸缩引起的振动力；U为加载电压。因此，判断绕组状况时还需考虑加载电压的影响。
冷却系统的振动主要是由风扇、油泵振动所引起的，其频谱有严格规律，比较容易区分；分接开关的振动频率虽然含有50 Hz及其倍频信号，但信号仅在分接开关动作时产生，持续时间很短（<ls），也容易区分。
变压器绕组内部损耗多以热量形式散发，造成内部工作环境温度升高，绕组的温升主要受发热和散热2个方面的综合作用。绕组的发热由负载电流大小确定；绕组的散热包括绕组对匝间内变压器油的对流散热和对外界空间的辐射散热，受环境温度、风速、匝间距等因素的影响较大。绕组温度的变化使油温发生变化，对振动信号的采集产生热干扰。
2振动监测优化与监测方法
2.1 监测点的确定
在电力变压器运行过程中，由绕组的受力特点和电力变压器的内部结构可以得知，其受力的集中点在距离油箱顶面的1/2高度处，即油箱正面中部的径向振动传递路径最短、能够监测到的振幅最高 [2]。所以在振动信息采集活动中要将该位置作为振动信号的采集位置，在具体的监测实践活动中如果因为变压器安装位置的原因造成对该位置的监测存在困难，可以酌情将监测点向下移动。在对电力变压器的震动信号进行采集的活动中，因为变压器内部的线饼和线匝都是立式布置的，其受电动力影响产生的震动也基本是横向的，所以在振动信号采集活动中采集点要尽量集中在变压器的纵向位置上，考虑到变压器的安装实际，顶部中心是振动数据采集的理想位置，变压器的侧面因为距离振动中心较远而且其横向振动因为分布的不均匀，很容易对侧面监测产生影响，所以一般不在侧面进行振动数据采集。
2.2 故障初步定为
在变压器的绕组故障诊断活动中，变压器振动量在变压器构件中传播的衰减程度要比电气量在导体中传播的衰减程度大得多，所以在电力变压器的绕组故障诊断活动中采取变压器轴向振动信号作为绕组振动的主要参考数据，对变压器绕组故障进行诊断往往更加有效，通过对变压器轴向振动信号的衰减程度的分析，判断出故障所在的绕组相，完成变压器绕组故障的初步定位。
3绕组变形故障诊断模型与方法
3.1 诊断模型
当电力变压器的绕组发生故障后，在其油箱表面的振动信号会发生显著的变化，主要表现为振动信号分布的不均匀同时振动信号的衰减和增强现象也表现的极不均匀，这种振动信号的不均匀现象都是变压器内部电动力分布不均匀导致的，可以说故障变压器的振动信息包含了丰富的故障信息。通过对电力变压器运行过程中在不同位置表现出的不同故障振动信息，信息主要包括电力变压器正面和顶部振动信息，依据变压器在不同方向上表现出的不同振动信息组建其变压器运行过程中故障信息模型，对变压器绕组故障信息进行具体的分析 [4]。
3.2 诊断方法
在电力变压器的运行过程中，故障的诊断方法主要包含以下几个步骤，第一、在正常状态和未知状态下采集油箱顶部和正面中部的6组振动信息；第二、在获得电力变压器的震动信息以后，对未知状态下的振动信息进行分析，如果其振动信息故障明显，则说明电力变压器中存在故障；第三、依据收集的故障振动信息建立故障诊断模型对变压器中的故障点进行初步定位；第四、基于电力变压器中轴向振动监测点的监测信息对变压器中的绕组分别进行震动状态计算，最终确定将故障位置，并将其精确到绕组 [5]。
4 结束语
当前的社会经济活动对能源供应的稳定性和可靠性要求极高，在社会经济需求的指导下，电力供应主体对基于振动的电力变压器绕组变形故障诊断方法的研究具有鲜明的现实意义，本文提出的方法属于智能变电站技术领域，不仅能够准确地应用于对绕组变形故障的诊断，而且能够为其他领域的故障诊断提供参考。
参考文献：
[1]武中利.电力变压器故障诊断方法研究[D].华北电力大学，2013.
[2]陈晖.变压器状态维修及故障诊断[D].燕山大学，2010.
[3]洪刚.基于振动法的变压器绕组及铁心状态监测与故障诊断方法研究[D].西安理工大学，2010.
[4]刘以刚.配电变压器绕组故障在线诊断方法研究[D].重庆大学，2014.
[5]虞海强.基于振动分析法的变压器状态检测研究[D].西华大学，2012.
论文作者:吉开泉
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/14
标签：绕组论文; 变压器论文; 故障论文; 信号论文; 电流论文; 电力变压器论文; 故障诊断论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;