运行中大型变压器油箱表面振动特性研究

邢　超，赵　军，韩　光，梁博渊，王卓然

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄　050021)



运行中大型变压器油箱表面振动特性研究

邢超，赵军，韩光，梁博渊，王卓然

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄050021)

摘要：针对大型变压器铁心与绕组故障多发的情况，以2台220 kV变压器为例，对变压器油箱表面振动信号进行测量，从而判断铁心与绕组运行状态，分析油箱表面不同位置处振动信号的特性，并提出了振动测量抗干扰措施。

关键词：变压器；油箱；振动

大型电力变压器是电网中的主要设备，其状态优劣直接影响电网安全稳定运行。历年统计资料表明，铁心与绕组是发生故障较多的部件[1]。变压器铁心和绕组结构的改变和受力的变化都会在其机械振动特性上得以反映。变压器铁心及绕组的振动通过绝缘油传递到变压器油箱，引起油箱的振动，因此变压器内部结构的变化能够以振动形式在变压器油箱表面反映出来。振动法就是通过采集箱体上的振动信号来分析铁心和绕组的状态[2]。

1振动信号分析法原理

空载情况下电力变压器油箱表面振动是激磁电流作用下铁心振动引起的。在铁心压紧力足够大、硅钢片结合紧密的情况下,铁心的振动主要取决于硅钢片的磁致伸缩[3]。磁致伸缩的变化周期为电源电流周期的1/2,故磁致伸缩引起铁心振动的基频为2倍电源频率。变压器铁心振动频谱中除基频外，还包含基频整数倍的高次谐波[4]。在负载情况下,变压器油箱表面振动还包括负载电流作用下的绕组振动。

2测试结果及分析

该试验对河北省南部电网(简称“河北南网”)某变电站2台实际运行变压器油箱表面振动信号进行采集分析，变压器信息为：1号变压器，SFPSZ9-180000/220，出厂日期2004年4月，额定电压(220±8×1.25%) kV/115 kV/10.5 kV；3号变压器，SSZ-180000/220，出厂日期2014年1月，额定电压(220±8×1.25%) kV/115 kV/10.5 kV。

2.11号变压器振动测试

1号变压器振动测点布置见图1。测点1、2、3和测点4、5、6分别对应于三相铁心的上部和下部。由于此台变压器背面一侧装有片散，因此未在变压器背面一侧装设振动传感器。

7个测点振动位移的峰峰值及振动速度测试结果如表1所示，其频谱分析如图2所示。

图1　1号变压器振动测点布置位置

表1测点振动位移及振动速度测试结果

测点名称振动位移(峰峰值)/μm振动速度/(mm·s-1)测点14.961.040测点25.220.848测点38.871.430测点44.170.522测点56.780.913测点65.740.652测点75.740.652

(a)　测点1　　　　　　　(b)　测点2

(c)　测点3　　　　　　　(d)　测点4

(e)　测点5　　　　　　　(f)　测点6

(g)　测点7

从试验结果可以看出，此台变压器油箱上部测点1、3处无论是振动位移还是振动速度整体来看稍大于下部测点4、6处。这可能是因为变压器铁心及绕组的固定点均在下部，其刚性较大，故其振动相对于固定稍差些的铁心及绕组上部来说要稍大一些，下部的振动速度相对上部来说也稍小一些。测点2和测点5不符合这种规律，原因可能是低压绕组上部引出线较粗，相应地加强了油箱上部一小部分的刚度，并且可能因为低压绕组引出线面积较大阻碍了振动传递到油箱表面。

从振动位移分析频谱来看，变压器油箱所有振动测点均在100 Hz处出现较大峰值，这与理论分析是一致的。并在其余频率点出现不同幅值的谐波。从图2可以看出，下部3个测点均在166 Hz处出现较大峰值，这可能是因为油箱的结构、铁心的固定等原因发生了共振所导致。处于油箱上部的测点2在152 Hz处出现较大峰值，这与同处油箱上部的测点1和测点3振动频谱不太一致，可能由于低压绕组引出线所导致。

2.23号变压器振动测试

3号变压器振动测点布置如图3所示。

图3　3号变压器振动测点布置位置

由于变压器处于带片散运行(正面、背面均有片散)，且片散与油箱本体间隙很小，因此未能像1号变压器那样布置测点，仅能在人能够到的距离布置了测点。此台变压器的特殊性在于其在油箱表面设置了人孔，为了研究振动传递的特性，在人孔表面布置了一个测点。

6个测点振动位移的峰峰值及振动速度测试结果如表2所示，其频谱分析见图4。

表2测点振动位移及振动速度测试结果

测点名称振动位移(峰峰值)/μm振动速度/(mm·s-1)测点12.090.391测点22.090.652测点33.650.913测点42.610.522测点52.090.326测点62.610.391

(a)　测点1　　　　　　　(b)　测点2

(c)　测点3　　　　　　　(d)　测点4

(e)　测点5　　　　　　　(f)　测点6

从以上试验结果可以看出，变压器6个测点处振动位移相差不大，只有位于人孔处的测点振动位移和振动速度均高于其余几处测点，分析其原因认为人孔处的盖板由多颗螺丝固定，可能因此发生了共振。从图4测点3也可以看出人孔处的振动在166 Hz处出现明显的幅值增大，而其余测点均没有出现此现象。从测点1至测点4可以看出，位于变压器正面片散这一侧的4个测点频谱分析图大致一致，均在100 Hz和166 Hz处出现幅值增大现象。另外，6个测点基本都出现了整数倍的谐波。

3抗干扰措施

从试验结果可以看出，变压器油箱下部无论是振动位移还是振动速度一般均低于油箱上部。但是由于某些特殊结构会导致油箱下部振动大于上部振动，例如油箱下部加装人孔、三相绕组变压器油箱上部测点靠近低压绕组。因此，认为变压器油箱振动测点的布置应该避开变压器这些特殊结构，测点应该在靠近高压侧一侧的油箱布置，而非在中低压侧一侧油箱布置，以排除低压绕组出线的干扰。测点的布置应避开人孔、加强筋等特殊结构。现场测量运行变压器油箱振动情况时，由于片散与本体间隙太小致使测点布置出现困难，不能将测点正对三相铁心，因此建议有条件可以对变压器加装在线监测装置，实时监测变压器振动情况，避免后期测量测点布置出现困难。

4结束语

电力变压器油箱表面振动信号与铁心及绕组状况密切相关，所含信息丰富，振动信号与铁心及绕组状态的相关程度是今后研究方向,下一步将对变压器油箱振动特性进行深入研究还需要在大量实际运行变压器上积累数据、摸索规律，以形成标准。

参考文献

[1]黄幼茹,费翊群.220 kV及以上变压器可靠性分析[J]. 变压器,1997,34(4):3-5.

[2]陆瑾，金怡.振动法在变压器绕组状态检测中的应用研究[J].中国电力，2008，41(12):23-26.

[3]程锦,李延沐,汲胜昌,等.振动法在线监测变压器绕组及铁心状况[J].高电压技术，2005，31(4):43-45,48.

[4]王路阳.树脂绝缘干式变压器的噪声分析和降低方法[J].变压器,1999,36(8):19-23,46.

本文责任编辑：靳书海

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

中图分类号：TM411

文献标志码：A

文章编号：1001-9898(2016)01-0014-03

作者简介：邢超(1985-)，男，工程师，主要从事无功电压、电气设备试验及故障诊断工作。

收稿日期：2015-07-14