理解电力变压器绕组轴向振动的建模与分析

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1、第47卷第12期Vol.47No.122010年12月TRANSFORMERDecember2010电力变压器绕组轴向振动的建模与分析洪凯星，潘再平，黄海（浙江大学，浙江杭州310027）摘要：建立了电力变压器绕组轴向振动模型并进行了分析。关键词：电力变压器；振动；分析中图分类号：TM406文献标识码：B文章编号：1001－8425（2010）12－0032－05ModelingandAnalysisofWindingAxialVibrationofPowerTransformerHONGKai-xing,P

2、ANZai-ping,HUANGHai（ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China）Abstract：Theaxialvibrationmodelofwindinginpowertransformerisestablished.Itisanalyzed.Keywords：Powertransformer；Vibration；Analysis而且绕组各个线饼上的电磁力由于漏磁场的不同而1引言不同。考虑到变压器工作在工频交流电下，作用在绕电力变压器是电力系统中的重要设备之一，其

3、组上的电磁力的频率是不变的，因此要获得变压器安全运行对保证电网安全与可靠意义重大。利用变绕组上的振动，就必须先研究绕组上的电磁力分布压器油箱表面振动信号对变压器运行状态进行在线情况。监测和故障诊断是一个新兴的研究热点。大型电力本文中结合绕组的结构特点，分析了绕组的漏变压器的故障涉及面广而且复杂多样，其中绕组故磁场分布，得出了电磁力的解析解，并结合线饼绝缘障所占的比例很高。垫块的力学特性提出了绕组轴向强迫振动的简化模大型电力变压器的绕组为线饼组成的碟形结型。研究了额定条件下绕组强迫振动的稳态特性，分构，绕组振动

4、是由各个线饼受到电磁力作用而产生析了绕组预紧力对振动的影响，为利用振动法实现的。由于线饼间的绝缘材料具有非线性，线饼的运动电力变压器的在线状态监测与故障诊断提供了基存在阻尼，漏磁场分布与绕组安匝分布有关等不确础。定因素，绕组振动实际上是一个复杂的机电耦合过2原理程。国内外对绕组振动的研究不多，许多文献只有试验数据，或者只对数据进行简单的分析。目前比较常2.1变压器漏磁场解析分析用的绕组振动模型是采用一个质量-弹簧-阻尼系大型电力变压器通常采用饼式绕组，各个线饼统，该模型能够比较好地表示绕组的固有振动特性。之间

5、由绝缘垫块分隔开。绕组中各个线饼受到的电大多数研究绕组振动的文献只停留在分析绕组的结磁力是由绕组中的电流与该处的漏磁场相互作用产构特性，仅仅研究了绕组的固有频率特性，而将作用生的。结合实际变压器，本文中的漏磁场分析所采用在各个线饼上的激励力简单化。实际变压器绕组的的模型是一个双绕组结构的轴对称的绕组。为了简振动是在作为激励力的电磁力作用下的强迫振动，化计算，把低压和高压绕组分别等效为一个矩形导基金项目：国家863计划资助项目（2007AA04Z439）第12期洪凯星、潘再平、黄海：电力变压器绕组轴向振动的建模

6、与分析33体，该导体上的电流与实际电流安匝数相等。双绕组J1,1=02的变压器模型如图1所示，其中J1和J2分别表示低2J1,k=ΣJi(sinnkhi′-sinnkhi)(ai′-ai)压绕组和高压绕组。该模型假定油箱边界是规则的，htnki=1并且不受其他相绕组产生的磁场的影响。绕组的电22流密度也在图中标出，并假定四周均为铁磁边界。Jj,1=htmΣJi(hi′-hi)(sinmjai′-sinmjai)ji=12t4yJj,k=ΣJi(sinnkhi′-sinnkhi)(sinmjai′-sinmja

7、i)htnkmji=1a2′2.2线饼轴向电磁力分布a2变压器绕组轴向振动与轴向电磁力分布有着密a1′a1切的关系，而轴向的电磁力与径向磁感应强度和电J2J1流大小有关。由式(4)可以得到磁感应强度沿绕组直径方向的分量：∞∞hBx=-ΣΣnkAj,kcosmjxsinnky（5）j=1k=1h1′h2′在实际测试试验中，为了能测得内部绕组的振动大小，所有数据都是在没有油箱的条件下测量得，此时的边界条件与有油箱的情况下不同，可以近似认为此时的边界条件满足：t→∞,h→∞h1h2x根据毕奥-萨瓦定律，线饼上的受力

8、大小可表示为：图1绕组漏磁场模型Fig.1LeakagemagneticfieldmodelofwindingF=蓦2π(x+r)BxJdxdy（6）S双重傅立叶级数法解电磁场分布的原理是用一式中S———所求线饼的截面个展开成双重傅立叶级数的电流密度Jz来表示整J———流经截面的电流密度个区域内的电流分布。r———铁心半径∞∞对照式(3)、式(6)计算了电流安匝数为NI时电Jz=ΣΣJj,kcosm