电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析(电力自动化设备)

《电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析(电力自动化设备)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析摘要：为分析变压器油箱固有频率对基于振动测量法诊断变压器故障的影响，首先分析油浸式电力变压器振动产生机理以及油箱壁发生共振现象原因，对常用油浸式电力变压器的油箱壁表面结构特点进行了分类，提出了能够对不同表面结构形式的变压器进行振动测点布置的方法。然后对l台100kVA、l0kV/0.4kV油浸式变压器油箱表面固有频率进行测试，并将所有测点固有频率特性进行分析归纳，通过与变压器空载运行时油箱表面测得的振动信号进行比较。得出当使用振动测量法诊断变压器故障时需考虑油箱壁

2、共振现象的影响的结论，变压器油箱固有频率测试也为变电站中大型变压器噪声控制以及变压器加固提供了参考。关键词：变压器；固有频率；油箱振动；共振；故障诊断；测点布置；变电站降噪中图分类号:TM41　　文献标识码:A　　文章编号:0引言在变压器设计、安装调试和运行过程中，需要考虑许多参数的影响，其中设备在运行条件下产生的振动就是其一。当变压器发生振动时不仅会产生噪声，造成环境噪声污染，而且当变压器长期处于强烈振动或共振状态时，就会缩短其使用寿命，甚至造成设备损坏[1]。近年来，基于振动的电力变压器监测得到一

3、定的研究和应用，通过监测变压器的振动有助于分析变压器的运行状态[2-9]。Garcia[3-4]等对不同电压下变压器铁芯振动进行了较为全面的测试，分析了影响其振动的因素；熊卫华[5]等以希尔伯特-黄变换能量谱的变化为依据对铁芯的故障状态进行判别；郭洁[6]等提出相应的信号特征提取方法用于获取变压器偏磁振动的特征。上述方法[2-9]通过从变压器油箱表面间接获得铁芯或绕组的谐波能量或时频带能量的变化对铁芯或绕组的状态进行分析和诊断。由于油浸式变压器油箱有一定的固有频率，这对从油箱表面间接获得的振动信号有一

4、定的影响，使得这些方法的准确性有一定的局限。因此，测量、评价和研究变压器油箱的固有振动具有重要意义。本文对一台油浸式变压器油箱表面不同点的固有频率进行测量，通过与变压器空载运行时油箱表面相同点测得的振动信号进行对比分析，说明油箱共振现象对基于振动测量法诊断变压器故障有影响。油箱固有频率测试结果为基于振动测量法诊断变压器故障以及变电站变压器降噪提供一定参考。1实验原理1.1变压器振动产生机理正常运行中的电力变压器器身振动是由电力变压器铁芯、绕组的振动及冷却装置的振动引起的。本体振动的来源有[10-11]

5、：硅钢片的磁致伸缩所引起的铁芯周期性振动；硅钢片接缝处和叠片之间因漏磁而产生的电磁吸引力所引起的铁芯振动；绕组中负载电流产生的绕组匝间电动力所引起的振动；漏磁所引起的油箱壁振动。最主要的来源是铁芯磁滞伸缩和绕组匝间电动力所引起的振动。电力变压器本体的振动通过铁芯垫脚以及绝缘油两条路径传递给油箱壁，使油箱壁产生振动，进而产生油箱振动以及噪声，并以声波的形式均匀地向四周发射。冷却装置自身产生振动与噪声，并通过接头等装置将振动传递给油箱[12]。由于磁致伸缩的周期是工频电源周期的一半，所以磁致伸缩引起的电力

6、变压器本体的振动与噪声以100Hz为其基频。铁芯磁致伸缩固有的非线性特点以及绕组内电流的畸变，会导致油箱表面测得的振动信号中存在着以100Hz为基频的高阶谐波分量。1.2变压器油箱共振原理假设变压器油箱受到的驱动力按余弦规律变化，即有。为驱动力的幅值，为驱动力的角频率。则单自由度系统在驱动力作用下的强迫振动运动方程为：(1)式中：m、、k分别为质量、阻尼和刚度。令，，，则上式可写成：(2)在阻尼较小的情况下，上述微分方程的解为：(3)上式表示，小阻尼下的受迫振动是阻尼振动和简谐运动两相的叠加。经过一段

7、时间后，第一项的阻尼振动衰减到可以忽略不计，受迫振动进入稳定的等幅振动，其表达式为：(4)稳态时受迫振动的频率和驱动力的频率相等。式中：受迫振动的振幅，初相位。在其它条件不变的情况下，受迫振动的幅值A随驱动力的频率而改变，驱动力的频率为某一特定值时，受迫振动的幅值将达到极大值，发生共振，相应的频率称为共振频率。利用求极值的方法求得共振频率为，此时振幅最大值为，共振频率一般不等于系统的固有频率，只有当阻尼很小（）时，共振频率才接近固有频率。由于变压器本体的振动主要为以100Hz为基频的高阶谐波，当振动的

8、某一频率分量接近油箱的共振频率时，振动幅值会变得很大。这会产生更大噪声，造成环境噪声污染，当变压器长期处于强烈振动或共振状态时，就会缩短使用寿命，甚至造成设备损坏，而且对基于振动测量法来诊断变压器故障会产生一定影响。因此对选取的变压器油箱测试点固有频率进行测试具有一定的意义。2变压器器壁主要结构及测点布置油浸式电力变压器油箱壁结构形式多样，按照油箱壁有无加强筋以及加强筋放置方式归纳起来，可简化成如图1所示4种形式[13]。其中图1(d)是油箱壁上无加强筋