[摘要]电力设备在通流的情况下，受电动力的影响，会存在一定特征的振动，尤其变压器类设备，存在大量的铁芯和线圈振动。铁芯和线圈的振动主要受到负荷电流的影响，电流越大振动越大，两者之间存在一定的相关性。本文基于变压器的负荷和振动实测数据，对城市轨道交通干式整流变压器的状态评估模型进行了研究，建立了负荷-振动模型。
[关键词]城市轨道交通 整流 干式变压器 状态预估
干式整流变压器振动源主要为变压器内部振动（线圈振动、铁心振动）、冷却装置振动（风扇振动）、外界传导振动（外界振动）三部分构成。冷却装置工作转动频率较高，同时外界振动基本通过大地传导，表现也主要为10Hz以内的低频振动，这两部分不影响变压器主要工作工况，并且这部分在频谱分析中也较容易标定出来。
一、基于负荷和振动的干式变压器状态评估模型开发
基于广州地铁在役干式整流变压器的负荷和振动实测数据，对干式整流变压器的状态评估模型进行开发。基于分析结果，整流变压器在50Hz、100Hz、150Hz、200Hz、300Hz等频率段的振幅最大。与此同时，设备运行负荷与50Hz、150Hz的频率相关性最高，其相关系数均在0.8以上。但由于负荷增大，各频段振动也会发生变化，为有效监测各频段的变化情况，构建了电流、环境温度、环境湿度与整流变600Hz（不含100Hz）内各频段振动幅值和之间的模型，以实现对各频段振动的监测，电流与各频段振动幅值相关性为0.65。通过采用整流变压器电流、环境温度、环境湿度等变量，每隔1分钟对整流变各频段振动振幅值和进行一次预测、与真实值进行比较、并进行预警。在进行建模时使用24小时的数据，以其中70%的数据进行建模，30%的数据作为测试集，构建“负荷—振动”模型，模型预测误差在0.01mm内精准度为95.93%。
二、基于负荷和振动的干式变压器状态评估模型测试
为保证试验前后可对比性，在同一台变压器、同一个位置上测量正常变压器和调整后数据。由于100Hz主要为铁芯振动，当负荷较小时，100Hz振动远大于其余频段，因此分析时采用50Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz振幅累加进行分析，以全面监测各种隐性问题。
1、测量正常运行时整流变压器振动波形
测量正常运行情况下整流变压器的振动波形，采用历史数据建立的负荷-振动模型，检验该时刻的整流变压器的负荷-振动相关性及预测残差的准确性是否满足要求，测量位置为变压器A相线圈振动。
2、调整整流变压器线圈压紧螺栓力矩值，模拟紧固件异常松动故障
松动整流变压器一侧线圈压紧（8颗螺栓），每颗螺栓紧松动2圈，改变变压器固有模态，也可减少变压器铁芯振动（100Hz）向线圈的传导。
3、测量松动后整流变压器震动波形
采用同样的方法，测量松动后的A相线圈的振动时域信号。
4、振动数据分析
试验数据分为三部分：历史该台变压器震动数据；测量的正常情况下振动数据；测量的松动线圈紧固螺栓的振动数据。采用XGBOOST对历史数据进行整流变压器负荷-振动预测模型训练，模型训练结果图1所示，预测值能较好的贴合实测值。
由分析结果可知，基于XGBOOST训练整流变压器的负荷-振动模型可有效监测出调整后的变压器异常状态，松动整流变压器线圈压紧螺栓后的负荷电流相关性及预测振动残差＜0.01的占比变化降低超过50%。
三、总结
整流变压器的负荷-振动模型对整流变压器线圈压紧螺栓松动的故障进行预测分析，松动后较松动前的负荷、振动的相关性及预测残差＜0.01的占比变化远大于50%，模型准确判段松动螺栓后整流变压器为异常状态，与实际状态一致。通过对现场运行设备故障模拟，检验了整流变压器的负荷-振动模型有效性和正确性。
论文作者:符斌1，彭曼2
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
标签：变压器论文; 负荷论文; 模型论文; 线圈论文; 频段论文; 螺栓论文; 数据论文; 《工程管理前沿》2019年12期论文;