大型變壓器繞組的動(dòng)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(shí)檢測(cè)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(cè)法，振動(dòng)檢測(cè)法在檢測(cè)繞組變形故障上有其明顯優(yōu)勢(shì)，但是目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)的離線或在線振動(dòng)檢測(cè)方法。本文對(duì)繞組的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究分析，并對(duì)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(dòng)數(shù)學(xué)模型，定性分析了

2、預(yù)緊力松動(dòng)對(duì)繞組結(jié)構(gòu)特性的影響，并解釋了在線監(jiān)測(cè)變壓器100Hz振動(dòng)響應(yīng)分量用來(lái)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(shí)根據(jù)模型變壓器器身有限元模型和實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了繞組松動(dòng)對(duì)變壓器整體特性的影響。
　　 (2)根據(jù)一臺(tái)實(shí)際大型變壓器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計(jì)算了繞組在變壓器內(nèi)部的電動(dòng)力分布。通過(guò)提取繞組電動(dòng)力分布數(shù)據(jù)，分析了繞組在軸向電動(dòng)力激勵(lì)下的振動(dòng)特性。在此基礎(chǔ)上，研究了繞組變形(墊塊脫落)

3、的動(dòng)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(dòng)頻響法(VFRA法)，并通過(guò)對(duì)一臺(tái)220kV大型變壓器歷時(shí)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(shí)，也驗(yàn)證了VFRA法的可靠性以及檢測(cè)其他繞組變形故障的有效性。
　　 (3)針對(duì)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(dòng)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值仿真研究，說(shuō)明了繞組預(yù)緊力松動(dòng)對(duì)繞組振動(dòng)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(guò)對(duì)50層繞組建立的多自由度非線性振動(dòng)數(shù)學(xué)模型仿真計(jì)算，分析了繞組振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中諧波分量隨激勵(lì)電流以及繞組剛度變化的規(guī)律，同時(shí)研究了繞組在穩(wěn)態(tài)短路電流激勵(lì)下的非線性振動(dòng)特性。通過(guò)對(duì)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(dòng)特性的研究，提出了用振動(dòng)烈度法作為變壓器在線檢測(cè)的評(píng)判方法。經(jīng)過(guò)對(duì)一臺(tái)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(cè)法(阻抗法)更靈敏。同時(shí)，通過(guò)

5、在沈陽(yáng)虎石臺(tái)歷時(shí)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(dòng)烈度法對(duì)在線檢測(cè)小型變壓器和不同電壓等級(jí)的大型變壓器繞組變形的有效性及通用性。
　　 (5)為了對(duì)突發(fā)短路下大型變壓器繞組狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，利用gabor變換時(shí)頻分析法，通過(guò)對(duì)建立的短路電流激勵(lì)下剛度系數(shù)時(shí)變的非線性振動(dòng)數(shù)學(xué)模型的研究，提出了識(shí)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(shí)別的正確性。通過(guò)對(duì)一臺(tái)110kV大型