基于振动分析法的变压器在线监测

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1、上海电力2011年第1期基于振动分析法的变压器在线监测傅坚(上海市电力公司超高压输变电公司，上海200063)摘要：文章研究了变压器的振动原理，提出了变压器振动简化模型。基于现场试验数据，用最小二乘法进行参数拟合，得到振动模型参数，可作为指纹参数，由任意时刻电压、电流幅值计算求得变压器振动幅值，根据与实际振动信号幅值相比较，判断变压器故障与否。实践证明，该方法预估的变压器振动信号具有很高精确度，在变压器在线监测绕组与铁心状态中有良好的应用前景。关键词：变压器；振动；在线监测；最小二乘法中图分类号：TM406文献标志码：B变压器是电

2、网的重要组成部分，其稳定性和组结构的变化有关。可靠性极大地影响着整个电网的安全运行。始于运行中的变压器振动信号为以上二者的叠加。20世纪8O年代的振动分析法，通过检测传递到在运行中的变压器振动信号只能由变压器油箱壁箱壁的振动信号对变压器的铁心与绕组状态进行取得，信号中包含了100Hz基频振动信号以及非检测_1]，其出发点是通过检测铁心与绕组的机线性因素引起的大量高次谐波。由以上分析可知，械特性变化反映铁心与绕组的状态变化。与传统振动信号中100Hz分量与电流和电压信号密切相的电测法相比具有更高的灵敏度，逐步受到国内关。在此，忽略非

3、线性因素影响，推导由电流、电压外研究人员的关注。信号，预测变压器100Hz振动信号的数学表达。本文通过对变压器振动原理的研究，提出变文献[1，2]推出的变压器振动数学表达式为：压器振动简化数学模型，再由现场试验数据计算V，10oH一(a+po。)瑙H：+()，+。)“；’H。得到数学模型的参数表达式，从而建立健康变压(1)式中Vw——变压器振动信号100Hz分量；器的指纹数据，并由此实现变压器铁心与绕组在Hz，“5——分别为变压器电流与电压50Hz线监测，判断后期运行中变压器铁心与绕组是否分量；出现故障。——变压器油温；，，)，，

4、——复参数。l变压器振动简化模型以上各变量与参数，除了油温为实数外，其余变压器振动主要来源于铁心与绕组。变压器均为复数。铁心由层叠的硅钢片构成，硅钢片在强磁场下的本次试验变压器油温波动在33～35℃内，对磁致伸缩引发了铁心的振动。硅钢片的磁致伸缩整个振动信号影响较小，为简化模型，提高计算速特性与磁感应强度的平方成正比。在变压器正常度，予以忽略。运行、铁心非饱和的情况下，该振动幅值与励磁电同时，将变压器100Hz振动信号幅值作为判断依据，忽略振动信号的相角，变压器100Hz振压的平方成正比，基频为100Hz。同时，由于磁动信号幅值的

5、数学表达式简化为：致伸缩的非线性以及沿铁心内框与外框的磁通路(2．1noH-ai(4’H+H+7I(2)HzU径长短不一致等多因素，还造成了铁心振动信号～H(2)中含有高次谐波成分。式中。。n——变压器信号100Hz分量幅值；绕组振动是由流通于绕组中电流产生的电磁Js。w，uson——分别为电流与电压50Hz分量；力引起的。该电磁力与绕组电流平方成正比。即a，口，y——实参数。振动的幅值与绕组电流的平方成正比，频率为2变压器振动检测试验方法100Hz。由于绕组结构中非线性因素的影响，该振动中包含有高次谐波，且谐波分量的变化与绕本次

6、试验时间为2009年2月26日11时至一36一2O11年第1期上海电力2009年2月27日23时，试验地点为上海市电力1公司王港变电站，试验变压器为1号主变，型号为1v＼^n，Lv量1厂’m’々JS10—180000／220。粤^、r^r、hn^一『试验时，采用6个压电传感器获取油箱振动信号。时间／h振动传感器布置如图1所示。3．63．4『V高3．2．毫3．028012141618202224时间／h0．6O055姜O．5O罂0．45冈1变压器油箱振动试验测点布置试验中，振动信号每5rain保存6s数据，26日共计保存156组数据

7、，27日共计保存264组数据。000如：2∞试验所得某组振动与电流、电压时域信号，如图2所示。J809：j．3kv阻流h3{蜩w4笛n图2振动、电流、电压信号时域图3最小二乘法计算结果与分析实际振动信号3．1最小二乘法计算方法g试验中，由FFT取得振动信号的100Hz频域分量幅值V。，并取电流、电压信号的5OHz分量幅值J。，U。进行计算。所得数据幅评估振动信号值如图3所示。式(2)所表达方程为超越方程，可使用最小二1214l618202224乘法进行求解。时问，h令：图4l测点振动估计信号与实测信号幅值图(a，，y)一A由图4可

8、以发现，1测点计算所得振动信号37一一上海电力2011年第1期与实际信号相差很小，且幅值变化趋势一致。其左右，B相测点数据拟合的平均相对误差在1O他5测点所得幅值图基本相同，限于篇幅，幅值比左右。但从振动变化的趋势来看，预测基本与实较图不再一一列出