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电力变压器铁芯松动故障监测方法原理(上)

作者:威博特铁芯   发布时间:2019-02-23 16:37      浏览次数:63
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 1、铁芯振动的机理

    铁芯的振动是由于磁致伸缩和电磁力产生的。磁致伸缩是指磁性材料在磁场中磁化时其机械尺寸沿不同方向发生的变化。磁性材料中磁畴方向随着磁化方向的改变是产生磁致伸缩现象的原因。除磁致伸缩,硅钢片在正弦变化的磁场中还存在磁滞现象,即磁化强度M和磁场强度H的变化关系构成非单值的磁滞回线。设硅钢片长度变化为λ,与磁化强度M的关系可近似表示为λ(M)=a1M2+a2M4,其中a1和a2为常数。若H为50Hz(中国电网频率)正弦波,由于M和H之间的非线性关系和磁滞回线关于原点的对称性,M中含有50Hz基波和奇次项高次谐波。根据上述的λ-M关系式,磁滞伸缩引起的机械振动以100Hz为基频,并含有100Hz的高次谐波。磁致伸缩一般分为两个过程,分别是磁畴90°布洛赫壁的移动和磁畴的旋转。磁畴的旋转发生在磁场接近饱和的阶段,产生更大的振动。
    为了减小涡流损耗,铁芯一般由硅钢片叠积而成,叠成的铁芯用夹紧件固定。心柱和铁扼叠片的连接一般采用多斜接缝的形式,以减轻诸如单斜接缝带来的额外噪声。这种叠积式的机械结构对铁芯振动会产生比较大的影响,以多斜接缝结构为例分析铁芯振动的情况。硅钢片间存在3种电磁力:
1)由于层内的磁通造成的层间排斥力;
2)接缝处硅钢片尾部层内或心柱与铁扼间的电磁吸引力;
3)接缝处硅钢片尾部层间吸引力。
    其中2)和3)分别由层内磁通在磁通饱和情况下穿过层内空气间隙和硅钢片尾部的法向磁通(见图1)造成的。法向磁通会造成该位置的磁致伸缩增大。此外,硅钢片微小的不规则性以及硅钢片之间的摩擦都会影响铁芯的振动特性。在磁场接近饱和的情况下,接缝处的磁场分布最为复杂(接缝处空气间隙中的磁通只有在较强磁场下产生),产生各种复杂的电磁力。图1表示了接缝处法相磁通Bz,空气间隙磁通Bg以及硅钢片的不规则性。上述这些因素造成了铁芯振动的增加和振动的复杂性。
电力变压器铁芯松动故障监测方法原理
    铁芯压紧力变化对铁芯振动产生的影响主要表现在两个方面。一是压紧力对磁滞回线的影响,其主要原因是压紧力对磁畴壁钉扎的影响。铁芯压紧的方式对于硅钢片产生的应力属于拉应力(考虑铁芯的主要振动方向),试验结果表明,拉应力减小导致M-H曲线的斜率和剩磁都有所减小,但这个影响较小,可以忽略。二是机械结构特性的变化对铁芯振动的影响。压紧力变小导致铁芯层间间隙增大,振动阻尼降低,磁场分布更加复杂,产生的电磁力容易激发硅钢片的固有振动模态,使得硅钢片间的碰摩加剧,铁芯振动的冲击特性增强。