振动的电力变压器绕组变形故障诊断新方法

邓庆民 李静

摘要：电力变压器在电力系统运行的过程中起着非常大的作用，电力变压器可以对电压进行调节和控制，从而保证整个电力系统运行的稳定性和安全性。在电力变压器中，振动是引起电力变压器产生故障的原因之一，同时也是识别变压器绕组变形故障的重要特征。因此在对电力变压器进行绕组变形故障诊断的时候一定要对电力变压器的振动状态进行检测，从而分析出电力变压器的绕组变形故障。

关键词：电力变压器；绕组变形故障；诊断方法

一、变压器振动信号分析

电力变压器振动的主要来自于铁芯和绕组的振动，当电力变压器在正常运行的过程中，硅钢片的磁致伸缩引起了铁芯的振动，当电流通过绕组的时候，电流会在绕组中间、线饼之间以及线匝之间产生电动力，从而引起绕组的振动。因为作用在导体上的电动力和电流以及磁场强度的乘积和漏磁通与电流形成正比，所以变压器绕组导体所承受的电动力以及绕组振动的加速度正比与负载电流的平方，进而可以推算出振动信号的基频是负载电流基频的2倍，即是100HZ。变压器在运行中会产生很多的故障，这些故障的共同点就是振动信号的基频增加，而且哪怕变压器内部没有存在故障，那么100HZ分量也会比较大，而且会随着负载电流的变化会很明显。所以说在利用振动信号来判断变压器是否出现故障时，仅仅是依靠振动信号100HZ分量的增加是无法正确判断出变压器是否有故障的，也无法判断出变压器的故障属于哪一类的故障。所以如果想要快速、准确的识别出变压器的绕组辨变形故障，还应该结合其他的特征来进行判断。

在变压器的磁感应中，磁感应强度B和磁场强度H之间存在有非线性的关系，所以如果当变压器绕组发生变形之后，变压器振动中就会产生50HZ和150HZ等分数次谐波。通过多次研究发现，振动信号分量为50HZ和150HZ的都可以作为区别变压器变形故障与其他故障的有利依据。除此之外，在變压器电流和磁通之间还存在有非线性，而且磁通中还存在有高次谐波的成分。当变压器出现不同故障的时候，变压器振动的不同频率的成分变化也有所不同，结合这些频率的不同变化就可以对变压器的故障做进一步的判断。

二、电力变压器一般振动的诊断方法

在对电力变压器的故障位置进行初步诊断的时候，工作人员一般都是通过延时效应来进行定位，通过相位差来定位等。在对变压器的振动故障进行监测的过程中，首先需要在电力变压器中选择一个合适的监测点，在下面图1中我们可以看到在变压器上有6个可以选择的监测点，但是这6个监测点并不是每一个都能有效的监测出变压器的故障，在这六个监测点之中，除了第5点之外，其余的1.2.3.4.6点都不能同时对变压器的高压侧和低压侧的振动进行检测，所以这五个检测点都不是最合适的监测点。所以只有第5点是合适的，只有变压器正面中间的第五点可以在最短的路径中获得变压器高压侧以及低压侧的振动信息。这是在要求选择一个监测点的前提下，最好是选择第5点，但是如果要对变压器的各个方面进行监测，收集振动数据，那么其他5个监测点也可以使用。

三、电力变压器绕组变形故障诊断模型和方法

（一）诊断模型

在电力变压器的运行过程中，当电力变压器的绕组发生故障的时候，电力变压器油箱的表面的振动情况也会有所不同，其表现出来的振动信号也会发生很大的变化，不同频率段的振动信号会表现出不同程度的衰减或者是增强的现象。因此工作人员需要对振动不同频率段中的信号进行分析，从而获得电力变压器的故障信息。

电力变压器故障征兆和故障原因之间存在很大的关系，所以在单一频率变化的基础上来对变压器的故障进行诊断，那么很容易会使故障诊断出现误差，不能满足故障诊断的要求。在电力变压器利用振动进行故障检测的过程中，与正常的振动信号相比，故障产生的振动信号在同一频率内信号产生的能量会有很大的差别，在这些频带中有的信号能量会减小，但是有的信号能量会增大。通过大量的实验研究，并且结合电力变压器出现绕组并行故障后各振动频带出现变化的规律，我们可以建立以下3个诊断特征构成的绕组变形故障诊断模型。以下公式为公式（1）

在这三个公式中，ET50ET100ET150ET200这四个分别是变压器油箱顶面的振动信号50、100、150、200HZ分量的能量值。EF100是变压器油箱正面中间部分振动信号100HZ分量的能量值，其中公式中的C1C2C3分别是特征1.2.3的特征值。以下公式为公式（2）

要想从监测的变压器油箱表面振动信号来确定绕组的状况，首先需要根据以上公式确定在正常与故障状态下特征向量T的特征值。

当电力变压器的高、低压绕组中有一个出现变形后，那么原来频率幅度值就会出现很大的变化。在变压器变形故障中，变压器表面的振动情况和变压器的绕组的压紧情况以及变压器的位移和变形情况息息相关，变压器振动频率变化将引起作为标准特征向量的正常状态变压器振动特征向量的变化。如果变压器发生故障，就会导致当前特征向量TX与标准特征向量TN进行比较，就可以很快的判断出变压器的变形故障。

（二）诊断方法

在上文中我们建立了变压器故障诊断模型，下面就来研究一下故障诊断的具体方法。

步骤1：分别在变压器正常运行状态下和未知状态下，对油箱顶部和正面中部的6个监测点的振动信号进行采集。

步骤2：当获取到变压器正面中部振动信号基频分量的能量，如果变压器在未知状态下的故障特征有很明显的增加，那么就说明在变压器的内部是存在有故障的。

步骤3：在上面两个步骤完成之后，再利用公式（1）和公式（2）分别计算出绕组正常状态下和未知状态下的特征向量TX和TN。

步骤4：计算监测点1.2.3位置的 ，如果在这其中 都是正值，那么就可以直接判断出变压器内部存在有绕组变形的故障。

步骤5：在变压器的6个监测点中选择出变压器绕组轴向振动的监测点，也就是变压器油箱顶部三相绕组想对应的监测点即监测点1.2.3，如果从这三个监测点所获得的振动信号中，其中有一个监测点的振动信号满足下列方程组： 此公式为公式（3）。在公式（3）中 分被是变压器监测位置1.2.3处 和 的值。通过以上公式就可以初步认定监测点n的位置就是变压器发生故障的位置。

综上所述，本文主要介绍了通过变压器的振动频率来对变压器进行绕组变形故障诊断的方法。首先本文对电力变压器的诊断信号进行分析，然后再对电力变压器的一般故障诊断方法进行简单叙述。从而让我们更好的判断出变压器的绕组变形故障，为电力变压器的正常运行提供有利的保障。

参考文献：

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