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变压器铁芯振动实验故障阈值分析和设定及结论

发布时间:2018-07-24 17:22      浏览次数:
    在变压器铁芯振动的实验中发现:靠近松动铁芯上方的3号测点在铁芯松动3mm 后,100 Hz基频分量比正常状态(无故障)时的要大,且不受油箱共振影响,能表征铁芯是否发生松动,为此可选择3号测点的数据进行分析。采用100Hz特征频率分量占1kHz以内总分量的比例来设定阈值。在变压器铁芯松动前后,3号测点振动信号中100Hz分量占总分量(1kHz以内)的比例分析分别如表1和表2所示。

表1 3号测点正常时100Hz分量所占比例
表1 3号测点正常时100Hz分量所占比例

表2 3号测点铁芯松动3mm 时100Hz分量所占比例
表2 3号测点铁芯松动3mm 时100Hz分量所占比例

 
    从表1和表2中可以看出,变压器正常时振动信号中100Hz分量最大值为0.005680g,而铁芯松动后的最小值为0.001949g,正常时的最大值比松动时的最小值要大。这是由电压变化引起的,因此故障阈值设定需要考虑电压影响。
    正常情况下,100 Hz振 动 加 速 度 信 号 分 量 占1kHz以内分量比例最大值为25.58%,而铁芯松动3mm 后,100Hz振动加速信号分量占1kHz以内分量比例最小值为28.37%。因此容易判别铁芯是否发生松动故障,而不需要考虑外加电压的影响。
    最终采用基于振动信号中100 Hz特征频率分量占总分量的比例来设定铁芯故障阈值:当Y1 <0.2558时,变压器铁芯状况良好;0.2558<Y1<0.2837时,铁芯可能发生松动,需密切注意其运行;Y1>0.2837时,变压器铁芯异常,需停运检修。
    实际上,电力变压器励磁侧电源电压变化很小,基于本文的诊断方法将更准确,如从表1和表2数据可见,电压在360~400V 时,正常与故障状态时100Hz特征频率分量占总分量的比例分别为20.94%~25.54%和31.19%~35.43%。

实验结论:
    1)铁芯振动的基频为2倍电源频率。铁芯磁致伸缩的非线性、沿铁芯内外框磁通路径长短不同以及变压器油箱箱壁固有频率影响等使测量的振动信号频谱中含有高次谐波。
    2)变压器油箱壁不同测点的共振频率响应特性不同,共振频率对利用铁芯谐波能量或时频带能量变化来进行铁芯状态和故障分析的方法有一定的影响。在设定阈值和测点选择时需考虑变压器油箱共振因素影响。
    3)本文提出利用100Hz特征频率分量占总分量(1kHz以内)的比例来设定阈值。变压器铁芯松动后,利用比例阈值法纵向比较测点的振动信号,可确定变压器是否存在铁芯松动故障;通过各测点横向比较,可初步进行变压器铁芯松动故障定位。该方法简单有效,不需要考虑电压变化以及传感器型号不同对故障判断的影响。

说明:
    本实验主要针对一般中小型油浸式电力变压器铁芯松动故障诊断,对铁芯直接放置于油箱底部的变压器,测点可以考虑在变压器底部。