电力变压器振动监测研究现状与发展方向

1前言

　　电力变压器是电力系统中的主要设备之一，是电力系统安全、可靠运行的保证。铁心异常和绕组变形在变压器故障中占有很大的比例，因此，在线监测电力变压器铁心和绕组的工作状况成为电力变压器监测的一个主要内容。本文中笔者围绕电力变压器振动监测的意义及原理，阐述了目前国内外振动监测的发展状况，并针对目前存在的不足提出了今后的发展方向。

　　2电力变压器振动监测的意义

　　电力变压器将一种等级的电压转成另外一种等级的电压，利用它可以把不同电压的电网连接在 一起，因而其运行状况的好坏直接影响到整个电网 能否正常运行。变压器在长期运行过程中，受外界 环境因素的影响，不可避免地会出现各种故障，从而影响变压器正常工作，如未能及时发现并采取适当的修复措施，则缺陷会不断发展，从而引发事故。对变压器实施监测可以明显地减少这些事故的发 生和降低损失。近年来，随着我国电力工业向大电 网、大容量和高电压的方向发展，电力变压器的单 相容量和安装容量随之不断增加，电压等级也在不 断地提高，这就对变压器的监测提出了更高的要求 。振动监测是一种体外监测，通过安装在正在运行的设备表面的一个或多个振动传 感器来获取其 振动信号，然后将振动信号经过时域或频域等分析处理，获得信号的特征信息，再通过一定的诊断方 法获得设备的工作状况。振动监测以其安装简单、监测灵敏、在线监测时整个测量系统与电力系统无 电气连接安全可靠等特点，克服了传统方法的不 足，在监测变压器的绕组和铁心的状况上表现出良 好的发展前景。因此，应用振动法监测电力变压器 不仅可提高电力系统运行的可靠性，而且对电力工 业的科技进步有重要的科学价值。运用振动法监测电力变压器的原理主要包含以下两个方面。

　　(1)从电力变压器产生振动的原因来分析。变压 器的振动主要是有变压器本体(主要是铁心和绕组) 和冷却装置的振动引起的，在小于 l00Hz的范围 内，主要是冷却装置引起的振动。正在稳定运行中的 变压器铁心和绕组的振动主要来自以下几个原因。 ①硅钢片的磁致伸缩引起铁心的振动。②硅钢片接 缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引 力，从而引起铁心的振动。⑧电流通过绕组时，在绕 组间、线饼间、线匝间产生动态电磁力，引起绕组的振动。④漏磁引起油箱壁(包括磁屏蔽等)的振动。随着变压器制造工艺及铁心叠加方式的改进 (如采用阶梯接缝等)，再加上心柱和铁轭采用环氧 玻璃粘带绑扎，硅钢片接缝处和叠片之间的电磁吸 引力引起的铁心振动，比硅钢片磁致伸缩的铁心振 动要小的多。 因此，变压器本体的振动主要来自磁致伸缩引 起的铁心振动和负载电流引起的绕组振动，为用振 动法监测变压器的运行状况提供了可能。

　　(2)从电力变压器的振动与铁心和绕组的关系来分析。由于变压器的铁心的振动与硅钢片的磁致伸缩有密切关系，所以硅钢片的压紧力减小或者发生扭曲变形都会使硅钢片之间的电磁力增大，进而 导致铁心的振动增加，此外，当发生短路或者发生铁心多点接地时，导致硅钢片的磁致伸缩加大，铁心温度升高，振动也会加大。对于绕组来说，当变压器的负载电流变大时，绕组匝与匝或层与层之问的电场 力变大，绕组的振动会增大。绕组发生松动或扭曲变形时，也会导致绕组的振动增加。因此，变压器的振动与铁心和绕组的振动状况有密切关系，这就为根据变压器器身的振动来诊断铁心和绕组的状况提供了依据。

　3国内外发展的现状

　　用振动法监测变压器绕组和铁心的状况可以追 溯到上世纪 80年代中期，美国、俄罗斯和加拿大等几个国家在试验室中对利用振动信号监测绕组和 铁心的状态进行了初步研究。近年来，由于振动法监测铁心和绕组的越来越 受到人们的重视，国内外学者在这方面做了大量的 研究，这些研究可以归纳为以下两个方面。

　　(1)将监测到的振动数据进行不同的研究讨论和分析。利用传感器、数据采集卡以及计算机组建 振动测试系统 ，对监测到的振动数据进行研究。

　　(2)通过建立数学模型来研究变压器的运行状况根据影响变压器振动的因素，将这些因素转化 为各个参数组建一个数学模型。从而根据这个数学 模型来研究变压器的振动状况。在我国，振动法监测变压器的起步较晚，目前 仅有西安交通大学、上海交通大学等少数几个高校 进行这方面的研究，这些研究也大致分为两个方面：

　　(1)对变压器在各种工况下运行的振动数据进行研究和分析，进而来研究它们之间的关系。

　　(2)从噪声的方面来研究变压器的振动。由于在运行中的变压器的振动会产生噪声，因此，可以从噪声的角度来研究变压器的振动。
信息来自:输配电设备网

　　4发展方向

　　目前，电力变压器的振动监测越来越受到各方 面的重视，对其做了大量的试验研究和现场测试， 总结了丰富的经验，尤其是对运用振动法监测电力 变压器的灵敏性和可靠性进行了深入的研究和讨论。但是，由于我国在这方面起步较晚，与国外仍有 一定的差距，在测试和研究方向方面仍存在一些不足，这主要表现在以下几个方面。 信息来自:输配电设备网

　　(1)振动法无论是监测铁心还是绕组的状况一 般是建立在比较时域或频谱曲线的基础上，同一台 电力变压器或同种型号的变压器与其原始的振动 曲线比较，但是针对电力变压器出现的铁心和绕组 故障没有进一步提出判断依据。

　　(2)由于测试经验和研究程度的影响，我国振 动法监测电力变压器仍然停留在试验室研究阶段， 对于从振动曲线上对铁心和绕组故障的定位以及 故障的类型需要进一步研究。

　　(3)我国的电力变压器振动监测的研究基本还停留在数学分析和对监测数据的分析上.缺乏电力变压器的实际模型和数学模型的设计。

　　因此，要提高电力变压器振动监测的水平，今后 要做好以下几个方面。

　　(1)建立电力变压器原始的铁心和绕组的振动 数据库，以便可以有效运用振动曲线的比较，原始数 据库除了记录振动数据外，还要记录当时的监测系 统各部分组成的装置、监测软件的程序以及振动信 号处理方法等。 信息来自:输配电设备网

　　(2)进一步加强对铁心、绕组故障的定位和故障 类型的判断以及建立明确的判断依据等。

　　(3)扩展研究方向和思路，加强对实际模型和数 学模型的设计。随着信息处理技术的发展，铁心和绕组的监测 也开始向智能化发展，模糊控制、神经网络控制、人工免疫和小波分析等都开始逐渐应用到电力变压器 的振动监测中。现代信息处理技术的发展和测试经验的积累，可以从振动信号中提取更丰富的信息，为 铁心和绕组的智能判断提供了有力的保证。

　　5结束语

　　近年来，我国的电力事业迅速发展，给电力变压器的在线振动监测提出了更高的要求，通过对国内外振动监测的了解和认识，找出存在不足和缺陷，提出以后振动监测的发展方向，可提高电网的管理水平、减小事故经济损失。