一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，屬于輸變電設 備狀態(tài)在線智能監(jiān)測技術領域。
【背景技術】
[0002] 電力變壓器在電力系統(tǒng)中承擔著電能變換、網絡互連的重要作用，對電網的安全 穩(wěn)定運行至關重要。若變壓器繞組壓緊狀態(tài)劣化，繞組軸向穩(wěn)定性減小，繞組抗短路電流沖 擊的能力減弱。當短路電流引發(fā)的電磁力超過變壓器繞組材料的彈性極限，變壓器繞組將 產生不可恢復的塑性變形也即繞組變形。變壓器運行時繞組會受到2倍于基頻的交變電磁 力。根據材料力學的常識，材料在交變應力作用下會受到疲勞破壞，疲勞破壞的最大應力遠 低于繞組材料的抗拉強度，破壞前雖無明顯的塑性變形，但易發(fā)生細小的脆性裂痕。據統(tǒng) 計，繞組的松動變形是變壓器的主要故障，已經上升到事故率的首位。
[0003] 由于振動在線監(jiān)測系統(tǒng)與電力變壓器無電氣連接，具有靈敏度高、安全可靠的優(yōu) 點，能較好的檢測電力變壓器繞組的機械狀態(tài)而成為國內外的研究熱點。其中，中國電力 科學研究院、上海交通大學和沈陽工業(yè)大學等在失電狀態(tài)下研究繞組預緊力對繞組軸向振 動特性的影響，測取變壓器繞組在失電狀態(tài)下的固有頻率，試驗表明繞組一階固有頻率在 不同預緊力下一般處于l〇〇Hz-200Hz之間，但由于繞組軸向安培力包含穩(wěn)定分量和交流分 量，在分析預緊力對變壓器繞組固有頻率的影響中未計及安培力穩(wěn)定分量的影響。
[0004] 經對現有技術的檢索發(fā)現：中國專利申請?zhí)枮?01110275583. 5,專利名稱為：一 種變壓器繞組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測方法，該專利采集變壓器箱壁的振動信號，通過比較箱 壁振動信號100Hz分量幅值與變壓器箱壁振動模型期望值的大小判別繞組的松動或變形 狀態(tài)，但變壓器振動信號中100Hz分量不具有反映繞組固有頻率的作用；中國專利申請?zhí)?為201210193931. 9,專利名稱為：電力變壓器鐵芯松動故障診斷與故障初步定位系統(tǒng)及方 法，該專利雖然采取在變壓器油箱上表面放置3個振動傳感器的方式測量振動信號，但該 專利是用來實現變壓器鐵芯松動的故障診斷，不能實現繞組軸向壓緊狀態(tài)的識別。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線 監(jiān)測系統(tǒng)，根據繞組安培力穩(wěn)定分量對繞組固有頻率的影響，從變壓器油箱振動信號中提 取繞組線餅固有頻率的振動信號，并根據其頻率變化規(guī)律監(jiān)測變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)。
[0006] 本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0007] -種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括振動信號采集模塊、負載 電流采集模塊、分析控制模塊，所述振動信號采集模塊包括振動加速度傳感器、振動信號采 集儀，所述負載電流采集模塊包括霍爾電流傳感器、電流信號采集儀；所述振動加速度傳感 器經振動信號采集儀與分析控制模塊連接，所述霍爾電流傳感器經電流信號采集儀與分析 控制模塊連接。
[0008] 進一步的，該系統(tǒng)還包括存儲模塊，所述存儲模塊與分析控制模塊連接。
[0009] 進一步的，該系統(tǒng)還包括輸出顯示模塊，所述輸出顯示模塊與分析控制模塊連接。
[0010] 進一步的，該系統(tǒng)還包括聲音報警模塊，所述聲音報警模塊與分析控制模塊連接。
[0011] 進一步的，該系統(tǒng)還包括站用電源，所述站用電源與分析控制模塊連接。
[0012] 本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
[0013] 本實用新型一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據軸向安培力穩(wěn) 定分量作用下繞組上層線餅固有頻率減小的特征，在變壓器油箱上表面的振動信號中提取 繞組上層線餅的固有頻率，通過跟蹤觀測固有頻率的變化趨勢實現電力變壓器繞組軸向壓 緊狀態(tài)在線監(jiān)測，具有物理意義清晰和實現方式簡單的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構框圖。
[0015] 圖2是本實用新型電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的控制流程圖。
[0016] 圖3是本實用新型電力變壓器高低壓繞組漏磁場的分布圖。
[0017] 圖4是本實用新型電力變壓器繞組安培力軸向分布圖。
[0018] 圖5是本實用新型軸向安培力穩(wěn)定分量作用下電力變壓器繞組線餅固有頻率的 變化圖。
[0019] 圖6(a)-圖6(d)分別是本實用新型電力變壓器A相繞組標準預緊力下，負載電流 為40 %、60 %、80 %、100 %額定電流時測點的振動頻譜圖。
[0020] 圖7(a)-圖7(d)分別是本實用新型電力變壓器A相繞組50%預緊力下，負載電流 為40 %、60 %、80 %、100 %額定電流時測點的振動頻譜圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中 自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通 過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用 新型的限制。
[0022] 本實用新型提出一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在電力變壓器 正常運行時，對變壓器不同負載電流下的油箱上表面振動信號進行傅立葉分析，根據軸向 安培力穩(wěn)定分量作用下繞組上層線餅固有頻率將減小的特征，識別變壓器上層繞組的固有 頻率，建立繞組固有頻率與負載電流的對應關系庫；由于變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)劣化后， 線餅固有頻率減小，根據變壓器繞組線餅固有頻率的變化趨勢即可實現電力變壓器繞組軸 向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測。
[0023] 如圖1所示，本實用新型的系統(tǒng)包括振動信號采集模塊、負載電流采集模塊、分析 控制模塊、存儲模塊、輸出顯示模塊和聲音報警模塊。振動信號采集模塊由振動加速度傳感 器和振動信號采集儀組成，振動加速度傳感器放置在變壓器繞組對應的油箱上表面，振動 信號采集儀送出拾取的振動信號給分析控制器模塊；負載電流采集模塊由霍爾電流傳感器 和電流信號采集儀組成，霍爾電流傳感器采集變壓器的負載電流，電流信號采集儀送出采 集的電流信號給分析控制器模塊；站用電源（220V)與分析控制模塊相連，存儲模塊記錄并 保存當前變壓器負載電流，分析控制模塊對振動信號采集儀送來的信號降噪后進行傅立葉 變換，提取100Hz~200Hz頻率范圍內且幅值大于100Hz振動分量幅值τ 的頻譜曲線峰 值對應的頻率值并儲存到存儲模塊中；分析控制模塊分別與輸出顯示模塊、聲音報警模塊 相連接，分析控制模塊將計算結果傳送至輸出顯示模塊。
[0024] 如圖2所示，本實用新型提出的一種電力變壓器繞組軸向壓緊狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng) 的監(jiān)測流程包含以下步驟：
[0025] 步驟（1):根據預定的振動信號的采樣頻率和采樣時間，振動加速度傳感器拾取 電力變壓器在不同負載電流下繞組對應油箱上表面的振動信號，同一負載電流下采樣不少 于3次；
[0026] 步驟（1)中涉及不同負載電流下的變壓器油箱表面振動信號，因而有必要分析負 載電流產生的繞組軸向安培力穩(wěn)定分量對線餅固有頻率的影響。如圖3所示，是電力變壓 器高低壓繞組漏磁場的分布圖，圖中繞組共有2n_l層線餅。根據變壓器繞組的結構特點和 安培力的計算法則，第i層線餅在徑向漏磁感應強度作用下的軸向安培力F Zl可表示為
[0027] Fz，k 丄 Ijl+cc^cot) (1)
[0028] 式⑴中1^為系數，I。為漏磁的勵磁電流，I i為繞組電流。由式⑴可知，軸向安 培力FZl可分為兩個部分：安培力的穩(wěn)定分量；2倍于基頻的交流分量（100Hz)。安培力穩(wěn)定 分量作用在變壓器繞組時，相當于給繞組施加階躍激勵，由于變壓器繞組是有阻尼的系統(tǒng)， 階躍激勵引起的暫態(tài)響應會很快衰減，其穩(wěn)定狀態(tài)下可視安培力穩(wěn)定分量為靜力作用在繞 組上。根據圖3所示繞組漏磁場分布特征和安培力的方向判斷法則可以得出電力變壓器繞 組安培力軸向分布圖，如圖4所示。由圖4可知，變壓器高低壓繞組的軸向安培力分布一 致，具有對稱、反向向心和兩端大中間無的特點，也即在軸向安培力作用下繞組呈兩端向內 壓緊的狀態(tài)。圖5為軸向安培力穩(wěn)定分量作用下電力變壓器繞組線餅固有頻率的變化圖。 由圖5可知，安培力穩(wěn)定分量施加至變壓器繞組后，繞組兩端線餅的固有頻率減小，中間線 餅的固有頻率增大。
[0029] 步驟（2):對振動信號采集儀送來的振動信號降噪后進行傅立葉變換，提取100Hz 振動分量的幅值；
[0030] 步驟（3