運行中大型變壓器油箱表面振動特性研究

邢　超，趙　軍，韓　光，梁博淵，王卓然

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊　050021)

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運行中大型變壓器油箱表面振動特性研究

邢超，趙軍，韓光，梁博淵，王卓然

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021)

摘要：針對大型變壓器鐵心與繞組故障多發的情況，以2臺220 kV變壓器為例，對變壓器油箱表面振動信號進行測量，從而判斷鐵心與繞組運行狀態，分析油箱表面不同位置處振動信號的特性，并提出了振動測量抗干擾措施。

關鍵詞：變壓器；油箱；振動

大型電力變壓器是電網中的主要設備，其狀態優劣直接影響電網安全穩定運行。歷年統計資料表明，鐵心與繞組是發生故障較多的部件[1]。變壓器鐵心和繞組結構的改變和受力的變化都會在其機械振動特性上得以反映。變壓器鐵心及繞組的振動通過絕緣油傳遞到變壓器油箱，引起油箱的振動，因此變壓器內部結構的變化能夠以振動形式在變壓器油箱表面反映出來。振動法就是通過采集箱體上的振動信號來分析鐵心和繞組的狀態[2]。

1振動信號分析法原理

空載情況下電力變壓器油箱表面振動是激磁電流作用下鐵心振動引起的。在鐵心壓緊力足夠大、硅鋼片結合緊密的情況下,鐵心的振動主要取決于硅鋼片的磁致伸縮[3]。磁致伸縮的變化周期為電源電流周期的1/2,故磁致伸縮引起鐵心振動的基頻為2倍電源頻率。變壓器鐵心振動頻譜中除基頻外，還包含基頻整數倍的高次諧波[4]。在負載情況下,變壓器油箱表面振動還包括負載電流作用下的繞組振動。

2測試結果及分析

該試驗對河北省南部電網(簡稱“河北南網”)某變電站2臺實際運行變壓器油箱表面振動信號進行采集分析，變壓器信息為：1號變壓器，SFPSZ9-180000/220，出廠日期2004年4月，額定電壓(220±8×1.25%) kV/115 kV/10.5 kV；3號變壓器，SSZ-180000/220，出廠日期2014年1月，額定電壓(220±8×1.25%) kV/115 kV/10.5 kV。

2.11號變壓器振動測試

1號變壓器振動測點布置見圖1。測點1、2、3和測點4、5、6分別對應于三相鐵心的上部和下部。由于此臺變壓器背面一側裝有片散，因此未在變壓器背面一側裝設振動傳感器。

7個測點振動位移的峰峰值及振動速度測試結果如表1所示，其頻譜分析如圖2所示。

圖1　1號變壓器振動測點布置位置

表1測點振動位移及振動速度測試結果

測點名稱振動位移(峰峰值)/μm振動速度/(mm·s-1)測點14.961.040測點25.220.848測點38.871.430測點44.170.522測點56.780.913測點65.740.652測點75.740.652

(a)　測點1　　　　　　　(b)　測點2

(c)　測點3　　　　　　　(d)　測點4

(e)　測點5　　　　　　　(f)　測點6

(g)　測點7

從試驗結果可以看出，此臺變壓器油箱上部測點1、3處無論是振動位移還是振動速度整體來看稍大于下部測點4、6處。這可能是因為變壓器鐵心及繞組的固定點均在下部，其剛性較大，故其振動相對于固定稍差些的鐵心及繞組上部來說要稍大一些，下部的振動速度相對上部來說也稍小一些。測點2和測點5不符合這種規律，原因可能是低壓繞組上部引出線較粗，相應地加強了油箱上部一小部分的剛度，并且可能因為低壓繞組引出線面積較大阻礙了振動傳遞到油箱表面。

從振動位移分析頻譜來看，變壓器油箱所有振動測點均在100 Hz處出現較大峰值，這與理論分析是一致的。并在其余頻率點出現不同幅值的諧波。從圖2可以看出，下部3個測點均在166 Hz處出現較大峰值，這可能是因為油箱的結構、鐵心的固定等原因發生了共振所導致。處于油箱上部的測點2在152 Hz處出現較大峰值，這與同處油箱上部的測點1和測點3振動頻譜不太一致，可能由于低壓繞組引出線所導致。

2.23號變壓器振動測試

3號變壓器振動測點布置如圖3所示。

圖3　3號變壓器振動測點布置位置

由于變壓器處于帶片散運行(正面、背面均有片散)，且片散與油箱本體間隙很小，因此未能像1號變壓器那樣布置測點，僅能在人能夠到的距離布置了測點。此臺變壓器的特殊性在于其在油箱表面設置了人孔，為了研究振動傳遞的特性，在人孔表面布置了一個測點。

6個測點振動位移的峰峰值及振動速度測試結果如表2所示，其頻譜分析見圖4。

表2測點振動位移及振動速度測試結果

測點名稱振動位移(峰峰值)/μm振動速度/(mm·s-1)測點12.090.391測點22.090.652測點33.650.913測點42.610.522測點52.090.326測點62.610.391

(a)　測點1　　　　　　　(b)　測點2

(c)　測點3　　　　　　　(d)　測點4

(e)　測點5　　　　　　　(f)　測點6

從以上試驗結果可以看出，變壓器6個測點處振動位移相差不大，只有位于人孔處的測點振動位移和振動速度均高于其余幾處測點，分析其原因認為人孔處的蓋板由多顆螺絲固定，可能因此發生了共振。從圖4測點3也可以看出人孔處的振動在166 Hz處出現明顯的幅值增大，而其余測點均沒有出現此現象。從測點1至測點4可以看出，位于變壓器正面片散這一側的4個測點頻譜分析圖大致一致，均在100 Hz和166 Hz處出現幅值增大現象。另外，6個測點基本都出現了整數倍的諧波。

3抗干擾措施

從試驗結果可以看出，變壓器油箱下部無論是振動位移還是振動速度一般均低于油箱上部。但是由于某些特殊結構會導致油箱下部振動大于上部振動，例如油箱下部加裝人孔、三相繞組變壓器油箱上部測點靠近低壓繞組。因此，認為變壓器油箱振動測點的布置應該避開變壓器這些特殊結構，測點應該在靠近高壓側一側的油箱布置，而非在中低壓側一側油箱布置，以排除低壓繞組出線的干擾。測點的布置應避開人孔、加強筋等特殊結構。現場測量運行變壓器油箱振動情況時，由于片散與本體間隙太小致使測點布置出現困難，不能將測點正對三相鐵心，因此建議有條件可以對變壓器加裝在線監測裝置，實時監測變壓器振動情況，避免后期測量測點布置出現困難。

4結束語

電力變壓器油箱表面振動信號與鐵心及繞組狀況密切相關，所含信息豐富，振動信號與鐵心及繞組狀態的相關程度是今后研究方向,下一步將對變壓器油箱振動特性進行深入研究還需要在大量實際運行變壓器上積累數據、摸索規律，以形成標準。

參考文獻

[1]黃幼茹,費翊群.220 kV及以上變壓器可靠性分析[J]. 變壓器,1997,34(4):3-5.

[2]陸瑾，金怡.振動法在變壓器繞組狀態檢測中的應用研究[J].中國電力，2008，41(12):23-26.

[3]程錦,李延沐,汲勝昌,等.振動法在線監測變壓器繞組及鐵心狀況[J].高電壓技術，2005，31(4):43-45,48.

[4]王路陽.樹脂絕緣干式變壓器的噪聲分析和降低方法[J].變壓器,1999,36(8):19-23,46.

本文責任編輯：靳書海

Research on Vibration Characteristics of Oil Tank Surface for Large-scale Running Power Transformers

Xing Chao,Zhao Jun,Han Guang,Liang Boyuan,Wang Zhuoran

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:Windings and iron core often break down.Taking two 220 kV transformers as an example,the paper presents that the running status of windings and iron core can be diagnosed by measuring the vibration signals on the oil tank surface of transformer, analyzes the vibration characteristics of different locations for the transformers, also puts forward some anti-interference measures.

Key words:transformer;oil tank;vibration

中圖分類號：TM411

文獻標志碼：A

文章編號：1001-9898(2016)01-0014-03

作者簡介：邢超(1985-)，男，工程師，主要從事無功電壓、電氣設備試驗及故障診斷工作。

收稿日期：2015-07-14