物聯網背景下油浸式電抗器的振動診斷及減振措施分析

候保清 李毅 李小平王健周露

【摘要】? ? 油浸式電抗器在運行的過程中，電抗器中的鐵芯和繞組會產生一定的電磁振動。在泛在電力物聯網背景下，利用先進的傳感器技術，對油浸式電抗器的振動信息進行在線監測和狀態評估，可以有效評估油浸式電抗器的運行狀態和及時發現存在的故障隱患。本文詳細分析了油浸式電抗器的振動診斷方法，并介紹了油浸式電抗器的減振方法。

【關鍵詞】? ? 油浸式? ? 電抗器? ? 振動診斷? ? ? 減振措施

引言

采用電抗器可以吸收系統中的無功功率，在調節系統電壓方面發揮著重要的作用。電抗器包括油浸式和干式空心等兩類，其中油浸式電抗器的運行穩定性更高，并且通過對油浸式電抗器的振動、壓力等進行監測，可以掌握油浸式電抗器的運行狀態信息，比干式空心電抗器更容易實現監控，在實際應用中具有較為明顯的優勢[1]。本文主要對油浸式電抗器的振動進行監測，并通過提取振動信息中的特征，對電抗器的運行狀態進行研判，保證油浸式電抗器的安全可靠運行。

一、油浸式電抗器的振動產生機理

油浸式電抗器在實際應用中具有優點，如出現故障的概率較低，絕緣性能受到外界環境的影響也較小，并且占地也相對較少。但油浸式電抗器在運行的過程中，可能會出現發熱量大、振動大、噪聲大等問題，對此應加以重視。

對于油浸式電抗器的振動產生機理，油浸式電抗器在內部存在電磁渦流，不同疊片之間存在著電磁力，當外部交流電在不斷變化時，就容易引起電抗器鐵芯振動。此外油浸式電抗器在運行的過程中，電抗器所經過的磁路包括鐵芯和氣隙，在運行的過程中難免會存在漏磁通，這點和電力變壓器類型[2]。當產生振動的激勵頻率和系統的頻率相一致時，此時容易出現共振的現象，這些都是油浸式電抗器產生振動的原因。

隨著電抗器技術的發展，通過安裝低噪聲的電抗器，可減小變電站中電抗器的振動噪聲。低噪聲的電抗器一般采用性能好的硅片以減少漏磁通，從而降低噪聲，但較常規電抗器投資有所增加，綜合效益可能下降，且對制造工藝等相關技術要求較高，故在普通變電站中一般不宜采用。

二、物聯網背景下的油浸式電抗器的振動診斷技術

2.1 物聯網背景下的振動數據采集

目前泛在電力物聯網建設已經在電網企業中得到開展，物聯網技術在數據信息采集方面具有天然的優勢，通過智能感知技術和先進的網絡通信傳輸技術，可以實現數據信息的準確采集和分析處理。油浸式電抗器的振動信號采集和泛在電力物聯網建設具有密切的聯系，在振動信號采集的過程中，主要是在電抗器不同的測點中布置傳感器設備，一般選擇振動的特征點處進行布置。電抗器的振動數據采集方法包括接觸式和非接觸式等，以下分別進行分析。

接觸式的電抗器振動數據采集方法是通過在電抗器中布置傳感器進行數據信息的采集，加速度傳感器主要是用來采集振動信號，將振動機械信號轉化為電信號，并傳輸到數據信息分析系統，診斷油浸式電抗器是否存在故障[3]。

對于非接觸式的電抗器振動數據采集方法，則是利用激光的多普勒效應，通過激光測振儀，對油浸式電抗器的關鍵振動部位進行振動數據信息的采集。

在具體的油浸式電抗器振動信號的測量過程中，主要是利用激光對電抗器測量點產生的振動位移進行測量和采集，并將數據記錄到數據分析系統中。通過對振動信號在時域和頻域中進行特征分析，根據振動特征圖譜，對振動信號中的特征數據進行挖掘和提取，得出相應的結論。

2.2 油浸式電抗器的振動診斷技術

當采集到油浸式電抗器的振動信號后，根據振動信息可以辨識出電抗器的運行狀態，包括電抗器各個測點的振動幅度和振動產生的位移大小，以及油浸式電抗器是否出現了故障等。

本文以某變電站中運行的油浸式電抗器振動測試及診斷為例，進行具體的案例分析，所采用的振動信號測量方法包含接觸式和非接觸式。通過接觸式測量方法，在油浸式電抗器中不同測點布置加速度傳感器。同時采用激光測振儀，通過進行光學分析，得出油浸式電抗器在振動過程中所產生的位移。經過測試分析，得出的油浸式電抗器各測點的加速度有效值如下圖1所示。

根據上圖1的測試結果可知，不同的測點其加速度有效值存在著較大的差異，其中#1、#2、#11、#12、#13等測點的加速度有效值較大，表明這些測點的振動幅度較大。通過對比這些測點分布的位置得知，該電抗器在上下方向的振動最為明顯，其次為前后方向的振動，振動幅度最小的為左右方向，在振動幅度大的方向可以采取相應的減振措施。同時經過測試得出的不同測點的油浸式電抗器的位移有效值如下圖2所示。

由上圖2可知，在油浸式電抗器中的#3測點所產生的振動位移較大，據此可以分析油浸式電抗器在此處是否存在安裝部件松動的情況。此外，還可以對上述測量得到的信號進行振動頻譜分析，得出哪個頻率成分含量最高，并通過分析該頻率段含量高的原因，從而采取措施降低油浸式電抗器的振動幅度。

三、油浸式電抗器的減振措施分析及應用

當油浸式電抗器在運行過程中存在較大的振動噪聲時，應采取相應的減振措施加以整改。對變電站內的電抗器采取減振降噪措施，可減輕設備振動對變電站戶內建筑結構的損壞，同時還具有減小對周圍居民干擾的環境效益，故采用該措施具有工程實際意義。

減振降噪方法可分為噪聲控制方法和振動控制方法，對于噪聲控制方法，可分為吸聲方法和消聲方法。吸聲方法為將已經產生的振動噪聲通過某種吸聲裝置或吸聲材料加以吸收，從而降低振動噪聲。當電抗器安裝在室內時，可通過在電抗器室內墻壁上涂刷吸聲材料以降低噪聲。吸聲處理后的降噪量計算方法可參照以下經驗公式：

式中：和分別為最大吸聲降噪量和平均吸聲降噪量;和分別為吸聲器的經驗參數，具體取值可參考文獻[4]中所述。

其次是采用消聲方法，這種方法為通過額外加裝消聲器達到降噪的效果。電抗器可采用機械排風措施，振動產生的噪聲通過風機向外傳遞，風機自身也為噪聲源，故應在風機出口處裝設消聲器。阻尼消聲器的數學模型可參照以下經驗公式[5]：

式中：為消聲量;為消聲系數;h和s分別為阻尼消聲器通道的截面周長和截面面積。從阻尼消聲器的經驗公式中可看出，消聲量與消聲器通道的截面周長和截面面積相關。

對于振動控制方法，為從振動激勵源出發降低振動幅度，從而降低噪聲，包括安裝低噪聲的電抗器和采用彈簧隔振的方法。油浸式電抗器為直接安裝在地面上的設備，如基礎設計不夠合理，則容易產生振動噪聲，故需在地面與電氣設備間裝設減振裝置，屬于隔振方法，可對油浸式電抗器器身設置彈簧減振基礎。

彈簧隔振器是利用黏滯阻尼器中的活塞在黏滯阻尼劑中做功，減小油浸式電抗器的振動向地面的傳遞，從而取得隔振的效果，在實際工程中獲得了廣泛的應用。

四、結論

通過對油浸式電抗器的振動信息進行實時采集和在線監測，可以實現對油浸式電抗器的狀態評價和故障判別，對于保證油浸式電抗器的可靠運行發揮了重要作用。今后可以將油浸式電抗器的振動監測數據進行存儲和共享，構建油浸式電抗器的故障專家數據庫，進一步提高對油浸式電抗器的運維效率和運維質量。

參? 考? 文? 獻

[1] 田肖飛， 孫文星， 楊賢， et al. 油浸式并聯鐵心電抗器缺陷分析及整改措施[J]. 廣東電力， 2019， 32（02）：152-159.

[2] 鄭一鳴， 孫翔， 張建平， et al. 振動監測方法在特高壓電抗器缺陷分析中的應用[J]. 浙江電力， 2018， 037（001）：27-31.

[3] 宮林平. 油浸式并聯電抗器結構分析及設計優化措施[J]. 科技創新導報， 2019， 000（009）：96-97.

[4] 宮林平， 薛雷. 淺談油浸式并聯電抗器鐵心結構設計[J]. 中國科技投資， 2018， 000（033）：287-289.

[5] 安典強. 應用油色譜分析的油浸式高壓設備故障診斷[J]. 智能城市應用， 2019， 002（002）：P.98-102.