大型變壓器繞組的動力學(xué)特性與故障診斷方法研究.pdf

1、繞組變形是誘發(fā)電力變壓器多種故障和事故的直接原因，因此及時檢測繞組變形是預(yù)防變壓器故障的重要措施之一。相比傳統(tǒng)的電量檢測法，振動檢測法在檢測繞組變形故障上有其明顯優(yōu)勢，但是目前國內(nèi)外還沒有一個經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)的離線或在線振動檢測方法。本文對繞組的動力學(xué)特性進(jìn)行研究分析，并對實(shí)際大型變壓器進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出了繞組變形故障的離線和在線診斷方法。本文主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　 (1)建立繞組的線性振動數(shù)學(xué)模型，定性分析了

2、預(yù)緊力松動對繞組結(jié)構(gòu)特性的影響，并解釋了在線監(jiān)測變壓器100Hz振動響應(yīng)分量用來診斷繞組狀態(tài)的原理。根據(jù)模型變壓器繞組建立的有限元模型和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了定性分析的結(jié)論；同時根據(jù)模型變壓器器身有限元模型和實(shí)驗(yàn)，說明了繞組松動對變壓器整體特性的影響。
　　 (2)根據(jù)一臺實(shí)際大型變壓器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計算了繞組在變壓器內(nèi)部的電動力分布。通過提取繞組電動力分布數(shù)據(jù)，分析了繞組在軸向電動力激勵下的振動特性。在此基礎(chǔ)上，研究了繞組變形(墊塊脫落)

3、的動力學(xué)特性變化，提取了其故障特征。由此提出了離線診斷繞組變形的振動頻響法(VFRA法)，并通過對一臺220kV大型變壓器歷時一年多的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了繞組墊塊脫落的故障特征；同時，也驗(yàn)證了VFRA法的可靠性以及檢測其他繞組變形故障的有效性。
　　 (3)針對繞組墊塊的非線性特性，首先建立了繞組二自由度非線性振動數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)值仿真研究，說明了繞組預(yù)緊力松動對繞組振動特性的影響，并分析了繞組固有頻率和峰值幅值隨預(yù)緊力變化的規(guī)律。然后

4、，通過對50層繞組建立的多自由度非線性振動數(shù)學(xué)模型仿真計算，分析了繞組振動響應(yīng)信號中諧波分量隨激勵電流以及繞組剛度變化的規(guī)律，同時研究了繞組在穩(wěn)態(tài)短路電流激勵下的非線性振動特性。通過對小型變壓器的短路沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上述理論分析的結(jié)論。
　　 (4)根據(jù)繞組非線性振動特性的研究，提出了用振動烈度法作為變壓器在線檢測的評判方法。經(jīng)過對一臺10kV小型變壓器的破壞性試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了這種方法比常規(guī)離線檢測法(阻抗法)更靈敏。同時，通過

5、在沈陽虎石臺歷時2年多的變壓器短路沖擊在線試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，驗(yàn)證了振動烈度法對在線檢測小型變壓器和不同電壓等級的大型變壓器繞組變形的有效性及通用性。
　　 (5)為了對突發(fā)短路下大型變壓器繞組狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時診斷，利用gabor變換時頻分析法，通過對建立的短路電流激勵下剛度系數(shù)時變的非線性振動數(shù)學(xué)模型的研究，提出了識別短路沖擊下繞組變形的故障特征。根據(jù)10kV小型變壓器破壞性試驗(yàn)，驗(yàn)證了繞組故障特征識別的正確性。通過對一臺110kV大型