電力變壓器論文電力線路論文電力變壓器鐵心振動(dòng)特性分析

1、電力變壓器論文電力線路論文：電力變壓器鐵心振動(dòng)特性分析摘要:作為電力變壓器的主要部件,變壓器鐵心的振動(dòng)信號主要與鐵心緊固狀況、絕緣程度密切相關(guān),具有較強(qiáng)的非線性非平穩(wěn)特性。本文以電力變壓器鐵心為研究對象,將希爾伯特黃變換(HHT)時(shí)頻分析方法引入變壓器鐵心非線性振動(dòng)信號分析領(lǐng)域,并結(jié)合傳統(tǒng)頻譜分析法對六種不同型號的電力變壓器鐵心振動(dòng)信號進(jìn)行了分析及實(shí)驗(yàn)研究,從時(shí)域、頻域及時(shí)-頻域等幾個(gè)角度分析了鐵心本體振動(dòng)特性、油箱表面空載時(shí)振動(dòng)特性及負(fù)載時(shí)繞組振動(dòng)對鐵心振動(dòng)的影響。該研究分析結(jié)果為電力變壓器的狀態(tài)檢測與故障診斷提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:電力變壓器；鐵心振動(dòng)；希爾伯特黃變換1引言對運(yùn)行中的

2、電力變壓器實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測及故障診斷能夠有效的減少變壓器故障率,降低運(yùn)行成本1。鐵心作為變壓器的主要部件之一,對變壓器的電磁性能、機(jī)械強(qiáng)度等起著至關(guān)重要的作用。資料顯示,鐵心故障在變壓器總事故中約占第3位2,是變壓器的主要故障源之一。因此對鐵心進(jìn)行振動(dòng)特性分析是大型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測中十分重要的一部分。變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),鐵心振動(dòng)主要來源于硅鋼片的磁致伸縮和疊片間特別是接縫處的電磁力3。由于鐵心磁化過程的飽和特性及法向磁通和縫隙磁通的復(fù)雜性,鐵心振動(dòng)具有非平穩(wěn)、非線性的特性。鐵心振動(dòng)受硅鋼片材料、制造工藝、運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境等多種因素的影響4-5,經(jīng)過緊固件、墊腳等固體及液體絕緣油兩種方式傳到油箱表面6

3、。由于傳播過程本身十分復(fù)雜,油箱表面不同位置的振動(dòng)各異。本文結(jié)合傅里葉變換和希爾伯特黃變換(HHT)方法,對6種不同型號的變壓器鐵心振動(dòng)特性,傳遞特性,變壓器油箱振動(dòng)特性以及繞組振動(dòng)對鐵心振動(dòng)的影響等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)研究與分析。2 Hilbert-Huang變換在目前常采用的信號處理方法中,傅里葉變換受限于線性系統(tǒng)要求,在處理非線性非平穩(wěn)過程時(shí)易引入的多余簡諧波7;而傳統(tǒng)的時(shí)頻分析方法如短時(shí)傅里葉變換8、Winger-Vill分布9以及小波變換10等,則因?yàn)镠eisenberg測不準(zhǔn)定理的限制而無法同時(shí)提高時(shí)域分辨率與頻域分辨率11。因此,采用這些方法對具有非平穩(wěn)性、非線性特征的鐵心振

4、動(dòng)信號進(jìn)行分析并不理想。而HHT方法則是由Norden E Huang等人在1998年提出的一種新的信號處理方法。該方法以計(jì)算瞬時(shí)頻率為出發(fā)點(diǎn)提出,適用于非線性非平穩(wěn)信號的時(shí)頻分析。將HHT方法引入鐵心振動(dòng)信號分析,其基本原理包括兩個(gè)基本步驟12-13。第一步是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?empirical mode decomposition,EMD)從鐵心振動(dòng)信號中提取其本身固有的一組特征模式函數(shù)(intrinsic mode function,IMF),它的核心是一個(gè)“篩選”(sifting)過程。第二步是將鐵心振動(dòng)信號的每個(gè)特征模式函數(shù)與它的Hilbert變換構(gòu)成一個(gè)解析復(fù)函數(shù),由此導(dǎo)出作為時(shí)域

5、函數(shù)的瞬時(shí)幅值(能量)和瞬時(shí)頻率,從而給出幅值(能量)-時(shí)間-頻率三維譜圖,得到鐵心振動(dòng)信號的Hilbert譜?？梢?這種自適應(yīng)的時(shí)頻分析方法能夠較好地應(yīng)用于鐵心非線性振動(dòng)特性研究與分析。3實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)對象3.1測試系統(tǒng)及參數(shù)變壓器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置采用自主研發(fā)的TCMS電力變壓器振動(dòng)在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由前置機(jī)和上位機(jī)及其系統(tǒng)功能軟件組成,以振動(dòng)參量為主,結(jié)合變壓器電壓和電流參量等對電力變壓器進(jìn)行多參量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。振動(dòng)傳感器為ICP加速度傳感器,靈敏度為500 mV/g。其輸出連接到TCMS前置機(jī)的振動(dòng)通道,同時(shí)采集相應(yīng)的電壓、電流信號,實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測信號的調(diào)理、采樣、處理和顯示。采集和處理的

6、數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或串口通訊傳給上位機(jī),其系統(tǒng)功能軟件采用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)平臺,對變壓器的振動(dòng)信號以及其他信號進(jìn)行波形和頻譜等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示與分析、瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析、趨勢分析、報(bào)警分析以及數(shù)據(jù)管理。TCMS系統(tǒng)的采樣頻率為每通道20 kHz(各通道同步采樣),抗混疊道通濾波器截止頻率為2 kHz,振動(dòng)加速度分辨率為0.024 m/s2。TCMS vibration monitoring system3.2測試變壓器在研究分析電力變壓器鐵心振動(dòng)特性的過程當(dāng)中,對6種不同型號的電力變壓器進(jìn)行了振動(dòng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括空載情況下鐵心及油箱表面的振動(dòng)信號采集和負(fù)載狀態(tài)下油箱表面振動(dòng)信號的采集。4實(shí)驗(yàn)

7、結(jié)果與分析4.1鐵心表面振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)中獲得了1#和2#變壓器鐵心表面的振動(dòng)信號。將1#變壓器鐵心從油箱中取出,拆掉高壓線圈,在低壓側(cè)加上額定電壓,測量鐵心表面的振動(dòng)信號。4個(gè)測點(diǎn)(A相頂部及側(cè)面,C相頂部及側(cè)面)如所示。2#變壓器鐵心柱繞上實(shí)驗(yàn)線圈,使得鐵心磁通達(dá)到額定值,現(xiàn)場測試如圖2右所示(4個(gè)測點(diǎn)為三相頂部及A相接縫側(cè))。可以看到,將傳感器直接貼于鐵心表面測量振動(dòng)時(shí)波形中有50 Hz諧波的干擾。這是鐵心中的交變磁通對傳感器磁座作用所致。為了避免漏磁場對傳感器的干擾,在測量2#變壓器時(shí)將傳感器粘在絕緣紙上,再用502膠固定于鐵心表面。5結(jié)論本文的工作建立在實(shí)驗(yàn)室、變壓器生產(chǎn)廠家和變壓器實(shí)際

8、運(yùn)行現(xiàn)場多臺型號變壓器各種不同狀態(tài)下的大量數(shù)據(jù)的分析研究基礎(chǔ)上。由于篇幅的限制,僅給出了上述幾個(gè)主要結(jié)果圖譜。本文主要從以下幾個(gè)方面對鐵心振動(dòng)信號進(jìn)行了分析與研究:1)振動(dòng)傳感器安裝方法對測試結(jié)果的影響。2)鐵心本體振動(dòng)特性。3)鐵心振動(dòng)的傳遞特性。4)繞組振動(dòng)對鐵心振動(dòng)的影響。5)油箱表面的振動(dòng)特性。通過對6種不同型號變壓器的振動(dòng)信號進(jìn)行分析,更為深入清晰的理解變壓器鐵心的振動(dòng)特性,為變壓器鐵心故障的在線狀態(tài)監(jiān)測打下了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn):1朱光偉,張彼德.電力變壓器振動(dòng)監(jiān)測研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向J.變壓器,2009,46(2):23-24.ZHU G W,ZHANG B D.The status a

9、nd prospects ofresearch on vibration monitoring of power transform-ersJ.Transformer,2009,46(2):23-24.2金豐.采用沖擊電流消除變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障J.中國科技博覽,2009(31):94.JIN F.Treatment of multi-point grounding of transformercore with impulse currentJ.China Science and Tech-nology Review,2009(31):94.3WEISER B.Relevance of m

10、agnetostriction and force forthe generation of audible noise of transformer coresJ.IEEE Transation on Magnetics,2000,36(5).4FOSTER S L,REIPLINGER E.Characteristics and con-trol of transformer soundJ.IEEE Transactions onPower Apparatus and Systems,1981,PAS-100(3):1072-1077.5董志剛.變壓器的噪聲(3)J.變壓器,1995,32

11、(12):37.DONG ZH G.The transformer noise(3)J.TRANSF-ORMER,1995,32(12):37.6GORDY T D.Audible noise of power transformersJ.American Institute of Electrical Engineers,1950,61(1):45-53.7劉毅華,趙光宙.希爾伯特-黃變換在電力系統(tǒng)故障檢測中的應(yīng)用研究J.繼電器,2006,34(14):4-6.LIU Y H,ZHAO G ZH.Application of Hilbert-Huangtransform in power s

12、ystemJ.Relay,2006,34(14):4-6.8POTTER R K,KOPP G,GREEN H C.VisiblespeechM.New York:Van Nostrand,1947.9胡廣書.現(xiàn)代信號處理教程M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.HU G SH.Modern signal processingM.Beijing:Tsinghua University Press,2004.10MORLET J.Wave propagation and sampling the-ory-partz:sampling theory and complex wavesJ.Geo-ph

13、ysics,1982,47(2):222-236.11熊衛(wèi)華.經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法及其在變壓器狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用研究D.杭州:浙江大學(xué).2006.XIONG W H.Empirical mode decomposition methodand its application research on transformers conditionmonitoringD.Hangzhou:Zhejiang University.2006.12NORDEN E H,ZHENG SH,STEVEN R L,et al.Theempirical mode decomposition and the hilber

14、t spectrumfor nonlinear and non-stationary time series analysisJ.Proc.R.Soc.Lond.A,454:903-995,1998.13NORDEN E H,ZHENG SH,STEVEN R L,et al.A newview of nonlinear water waves:The hilbert spectrumJ.Annu.Rev.Fluid Mech,1999,31:417-57.14姜宏偉.采用瞬時(shí)法分析三相五柱配電變壓器的磁通分布J.變壓器,2004,41(1):10-13.JIANG H W.Flux distribution analysis of three-phasefive-limb distribution transformer by instantaneousmethodJ.Transformer,2004,41(1):10-13.15BELEN G.Transformer tank vibration modeling as amethod of detecting winding deformations-part:theo-retical foundationJ.I