應(yīng)用機械振動頻響法診斷大型變壓器繞組松問題分析

劉漢順

摘 要：應(yīng)用機械振動法對大型變壓器繞組松動情況進行檢測，技術(shù)人員需要不斷完善振動頻響法測試系統(tǒng)，顯著提高診斷效果的準(zhǔn)確性。高靈敏度的的機械振動測試系統(tǒng)，需要技術(shù)人員對功率放大器和加速度傳感器的工作效率進行提高，從而顯著提升測試采集數(shù)據(jù)的豐富性，技術(shù)人員根據(jù)具體的采集數(shù)據(jù)形成評估意見。采用程控信號源和動態(tài)信號采集器對測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)波動情況進行記錄，能夠減少噪聲干擾對于繞組松動診斷的影響。本文從機械振動頻響法對于大型變壓器診斷應(yīng)用方法進行分析，提出幾點有利于解決大型變壓器繞組診斷難題的可行性建議。

關(guān)鍵詞：機械振動；大型變壓器；繞組松動；準(zhǔn)確診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.204

0 引言

采用振動頻響的方法對大型變壓器繞組松動問題進行檢測，能夠顯著提升物理診斷法的準(zhǔn)確性。振動頻響的測試方法需要采用正確的試驗接線方法，才能夠保證測試的可靠性。采用筆記本計算機信號源控制軟件，對診斷活動進行全程監(jiān)測，進行分析軟件的測試。其中，DH5920動態(tài)信號測試系統(tǒng)主要對電流、電壓的變化情況進行記錄，通過對基本數(shù)值的模塊取樣分析，技術(shù)人員能夠?qū)Ρ粶y電壓器在正常工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)波動情況進行監(jiān)測。

1 應(yīng)用機械振動頻響法診斷大型變壓器繞組松的主要方法和特點介紹

1.1 機械振動頻響法主要特點

使用機械振動頻率響應(yīng)法診斷大型變壓器設(shè)備內(nèi)部繞組松動問題，主要的檢測方式是采用突然斷電的方法，檢查在電路中電流流量發(fā)生較大變化時，變壓器繞組是否會出現(xiàn)不可逆性變形，乃至出現(xiàn)松動。電力工作人員采用多次拉閘斷電，再將閘刀閉合保持電流通常的方式，檢測此時的變壓器繞組情況是否發(fā)生改變。通過綜合分析機械振動活動中頻率數(shù)據(jù)的變化情況，判斷變壓器內(nèi)部的繞組結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷。機械振動頻率響應(yīng)法適合多種類型的現(xiàn)場應(yīng)用情況，并且此種方法的可操作性比較強，測試結(jié)果的影響因素比較少。技術(shù)人員應(yīng)該在電閘閉合和斷開的變化活動中，精準(zhǔn)捕捉監(jiān)測數(shù)值的變化情況，確保機械振動監(jiān)測活動能夠獲得更加豐富的數(shù)據(jù)，從而幫助工作人員作出更加準(zhǔn)確的判斷。頻率響應(yīng)法操作活動具體實行起來比較直觀，并且檢測的靈敏度整體較高，繞組端部變形較為靈敏，中部的局部變形不夠靈敏，因此，在線檢測人員應(yīng)該加強對中部變形的數(shù)據(jù)采集，從而完善信息采集活動。

1.2 變壓器繞組松的主要檢測方法

不同的檢測方式之間相比互有優(yōu)劣。常用的大型變壓器繞組松動問題檢測方法有低電壓短路抗組分析法、頻率響應(yīng)法、掃頻阻抗法和振動帶電檢測法等等。在IEC/國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的低電壓短路阻抗檢測法有一套完整的評測指標(biāo)，而且技術(shù)比較成熟，獲得的數(shù)值相對來說比較準(zhǔn)確。頻率響應(yīng)法同樣得到了國家IEC/國標(biāo)的專業(yè)認(rèn)證，是一種比較主流的變壓器繞組松動的檢測方法。但是，相比較這兩種成熟的方法，掃頻阻抗法和振動帶電檢測發(fā)在實際運用中，還存在許多需要完善的地方，一些細節(jié)處理不到位，導(dǎo)致其診斷數(shù)據(jù)波動情況比較明顯。但是，這兩種方法有值得借鑒的地方，技術(shù)人員需要認(rèn)真對比各項技術(shù)，并且綜合分析得到提高大型變壓器繞組松動檢測技術(shù)的有效方法。在夏季氣溫較高的用電高峰期，變壓器承載的負(fù)荷壓力比較大，變壓器內(nèi)部電壓、電流過大時，會引發(fā)繞組和鐵心構(gòu)件劇烈震動。我們分析變壓器在假定狀態(tài)下的繞組和鐵心振動情況，觀察變壓器的繞組變形情況 ，能夠?qū)ψ儔浩魇褂脿顟B(tài)的安全性作出更加準(zhǔn)確的評估。

2 應(yīng)用機械振動頻響法診斷大型變壓器繞組松問題具體分析

2.1 數(shù)據(jù)讀取流程分析

電力公司的技術(shù)人員首先要對電網(wǎng)中開關(guān)的連同和斷開次數(shù)進行設(shè)計，檢查TCP連接是否通暢，并且在連接處于通暢狀態(tài)下，保證有效數(shù)據(jù)準(zhǔn)確錄入。

然后，對弱信號檢測過程中的通信輸出模式進行檢測，采用實時數(shù)據(jù)分析的方法，對狀態(tài)欄數(shù)據(jù)波動的情況進行監(jiān)測。在電子顯示屏中，電力技術(shù)人員應(yīng)該對電網(wǎng)故障中顯示子程序和鍵盤中斷子程序的運行狀態(tài)進行分析，將穿行通訊中斷子程的流程現(xiàn)象進行記錄。將記錄下來的變壓器相I/O模塊數(shù)據(jù)流通過TCP傳輸方式，在計算機終端窗口顯示出來。機械振動頻響檢測方法，主要是采用通斷分析電流變化的方法，對數(shù)據(jù)進行分析。因此，技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真工作，顯著提升數(shù)據(jù)預(yù)處理的效率。

2.2 電容量程變化分析

將變壓器的狀態(tài)切換到量程“1”的標(biāo)稱狀態(tài)，并且，啟動CS546A。在CS5460A單次轉(zhuǎn)換中，確認(rèn)變壓器的單程檢測是否完成，同時，判定測量值是否低于100A.當(dāng)我們切換到量程2，并且啟動CS546A時，檢查電力變壓器的中的CS5460A單次轉(zhuǎn)換是否完成。并且將搜集得來的數(shù)據(jù)存儲下來，采用反復(fù)對比分析的方法，對變壓器繞組松的情況進行記錄。不同標(biāo)準(zhǔn)壓緊力條件下變壓器繞組反饋的譜峰頻率是不同的。。在基本檢測活動中，技術(shù)人員應(yīng)該做好數(shù)據(jù)采集工作，以豐富的信息資料庫來指導(dǎo)于開關(guān)零件的檢測活動。在數(shù)據(jù)采集過程中，利用傳感器和A/D零件實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，采用人工智能技術(shù)和信號處理技術(shù)，進行故障檢測與診斷操作。在電力變壓器繞組松動參考模型建立與特征提取活動中，實現(xiàn)模式識別與分類處理，同時根據(jù)狀態(tài)評估的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)實現(xiàn)輔助決策。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)壓緊力對變壓器繞組影響

變壓器繞組處于完全的壓緊狀態(tài)時，其標(biāo)準(zhǔn)壓緊力為100%。不同電流下共振譜峰頻率范圍處于821HZ-902HZ之間的范圍中波動，此時的共振頻段中心頻率為861HZ。

有時候變壓器繞組并非是處于完全的壓緊狀態(tài)時，仍然呈現(xiàn)出不明顯的松動反應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)壓緊力為75%時。此時，監(jiān)測對應(yīng)下的不同電流下共振譜峰頻率范圍處于765HZ-817HZ之間的范圍中波動，此時的共振頻段中心頻率為792HZ。我們發(fā)現(xiàn)此時的共振頻譜波動的幅度比完全壓緊狀態(tài)下的幅度要小。變壓器繞組處于半壓緊狀態(tài)時，其標(biāo)準(zhǔn)壓緊力一般為50%。在測驗過程中，不同電流下共振譜峰頻率范圍處于203HZ-311HZ之間的范圍中波動，此時的共振頻段中心頻率為239HZ。變壓器繞組處于相當(dāng)明顯的松動狀態(tài)時，其標(biāo)準(zhǔn)壓緊力僅僅為25%左右（或低于25%）。監(jiān)測電流下共振譜峰頻率范圍處于48HZ-193HZ之間的范圍中波動，此時的共振頻段中心頻率為112HZ。振動傳感器主要功能是對測試信號進行讀譯，采用激勵變壓器和功率放大器配合作業(yè)的方式，能夠顯著降低變壓器正常運轉(zhuǎn)活動中噪音信號對于數(shù)據(jù)讀取的影響。

2.4 不同電壓下短路阻抗測試

采用短路阻抗測試分析的方法，能夠?qū)Ω邏?、中壓、低壓等不同壓力狀態(tài)下的變壓器初值差進行精準(zhǔn)采集，從而對變壓器繞組情況進行準(zhǔn)確評估。分析機械振動頻響數(shù)據(jù)監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)R，與變壓器繞組變形之間的對應(yīng)情況，能夠準(zhǔn)確判斷繞組和鐵心的變形狀態(tài)。

其中，當(dāng)變壓器繞組和鐵心構(gòu)件的變形程度為嚴(yán)重變形，其曲線低頻段的相關(guān)系數(shù)為Rlf小于0.6.繞組和鐵心處于明顯變形狀態(tài)時，其波動曲線在低頻段（1-100HZ）的相關(guān)系數(shù)為Rlf大于0.6，但是總值大于1.0的水平?；蛘卟▌忧€在中頻段（100-600kHZ）小于0.6的水平。.繞組和鐵心處于比較輕微的變形狀態(tài)時，其波動曲線在低頻段）的相關(guān)系數(shù)為Rlf大于1.0，但是總值大于2.0的水平?；蛘撸▌忧€在中頻段（100-600kHZ）大于0.6但是小于1.0的水平.我們分析正常繞組狀態(tài)下的變壓器鐵心構(gòu)件，發(fā)現(xiàn)波動曲線在低頻段的相關(guān)系數(shù)始終大于2.0或者波動曲線在中頻段時始終大于1.0，或者在高頻段始終大于0.6.綜合分析變壓器繞組數(shù)據(jù)和變形程度的相關(guān)系數(shù)，我們能夠準(zhǔn)確把握等效電路中電容和電感對于變壓器繞組的沖擊情況。

2.5 不同頻段劃分的繞組檢測

根據(jù)不同頻段的變形程度劃分變壓器損傷等級，電力變壓器技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)不同頻段相關(guān)系數(shù)的判定，對大型變壓器繞組與鐵心構(gòu)件的穩(wěn)定性進行評估，嚴(yán)格防止繞組構(gòu)件出現(xiàn)跳脫現(xiàn)象。被試?yán)@組為高壓-中壓的電壓波動幅度，短路阻抗測試的連接方式為高壓第十檔的檔位，將短路檔位控制在中壓第三檔的檔位。此時的測試結(jié)果為測試值10.15%，銘牌值為10.1%，長短阻抗測試的初值差為0.50%，此時的變壓器繞組松動情況良好。被試?yán)@組為高壓-低壓的電壓波動幅度，短路阻抗測試的連接方式為高壓第十檔的檔位，將短路檔位設(shè)定為低壓的檔位水平。此時的測試結(jié)果為測試值18.14%，銘牌值為17.7%，長短阻抗測試的初值差為2.49%，此時的變壓器繞組松動情況為不良好。在50HZ阻抗值水平下進行振動頻響的繞組松動測試，考察變壓器在不同連接方式之下的相間偏差情況。其中，被試?yán)@組為高壓-中壓的水平，此時的短路條件下連接方式為中壓第一檔的測量檔位。

2.6 繞組波動相間偏差檢測

我們分析測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此時的相間偏差比較低為1.70%。A相為9.58%，B相為9.42%，C相為9.46%。由于現(xiàn)實用電環(huán)境的顯示，我們暫不考慮低壓-中壓獲取50HZ阻抗值?？疾熳儔浩髟诓煌B接方式之下的相間偏差情況，被試?yán)@組為高壓-低壓的水平，此時的短路條件下連接方式為低壓的測量檔位。不同壓力狀態(tài)下的變壓器繞組方式和等效電路模型是不同的，其中，低壓狀態(tài)下的寄生電阻和寄生電感受到主線路電流波動的影響最大。電力技術(shù)人員需要認(rèn)真分析餅間電導(dǎo)和餅間電容之間的偏差情況，并且根據(jù)激勵信號源的數(shù)據(jù)放大統(tǒng)計，對信號源阻抗情況和匹配阻抗情況進行區(qū)分，從而找準(zhǔn)不同電壓變化環(huán)境中的相間偏差情況。我們分析測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此時的相間偏差比較高為2.28%。A相為17.52%，B相為17.13%，C相為17.40%?？疾熳儔浩髟诓煌B接方式之下的相間偏差情況。其中，被試?yán)@組為中壓-低壓的水平，此時的短路條件下連接方式為中壓第一檔的測量檔位。我們分析測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此時的相間偏差相當(dāng)高為7.15%。A相為6.37%，B相為6.15%，C相為6.59%。

2.7 圖塊頻點法繞組松動診斷

采用圖塊頻點法進行診斷流程優(yōu)化，電力變壓器檢測人員需要比較事前和事后兩條頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)提取的二值化圖像，大型變壓器內(nèi)部的繞組和鐵心構(gòu)建的具體情況一目了然。提取二值化圖像，能夠發(fā)現(xiàn)變壓器繞組鐵心構(gòu)件是否出現(xiàn)腐蝕情況。首先要提取幅值差異較大的圖塊，從這些圖塊中提取兩曲線所有的極值點。根據(jù)極值點的閥值提取出有效的極值點，并且將其放入數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)提取出來的有效極值點進行分類。技術(shù)人員應(yīng)該從提取中幅值差異較大圖塊的頻段進行放大分析，在放大分析之后按照不同數(shù)據(jù)采集點位的不同，提取出有價值的不匹配極值點。變壓器繞組和鐵心構(gòu)建的移位、鼓包、匝間短路和構(gòu)件變形，都可以通過較大圖塊提取和放大找到問題所在。電力變壓器技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)不匹配極值點的數(shù)量和類型，認(rèn)真計算圖塊頻點的參數(shù)，并且參照不匹配極值的分析表格，得出變壓器設(shè)備參照判斷的依據(jù)，從而得出最終的診斷結(jié)論。

3 多次試驗對比分析影響機械振動頻響診斷法準(zhǔn)確性的因素

我們對影響機械振動頻響法測試準(zhǔn)確性的因素進行分析，采用阻抗法對變壓器進行不同相電抗值進行測試，在短路分析判斷中，對于不同相位的電抗值變化情況進行記錄和比較。A相在短路實驗進行之前的電抗值為46.94歐姆，，第一次沖擊試驗之后電抗值為47.01，偏差值為0.15%。

第二次沖擊試驗之后電抗值為47.01，偏差為0.15%，第三次沖擊試驗之后電抗值為47.01，偏差值為0.15%。我們可以判定A相的偏差值比較穩(wěn)定。在機械振動短路試驗中，B相在短路實驗進行之前的電抗值為37.08歐姆，第一次沖擊試驗之后電抗值為37.09，偏差值為0.03%。第二次沖擊試驗之后電抗值為37.09，偏差值為0.03%。第三次沖擊試驗之后電抗值為37.09，偏差值為0.03%我們可以判定B相的偏差值比較穩(wěn)定，并且穩(wěn)定為0.03%。C相在短路實驗進行之前的電抗值為28.8歐姆，第一次沖擊試驗之后電抗值為28.79，偏差值為-0.03%。第二次沖擊試驗之后電抗值為28.67，偏差值為-0.45%。第三次沖擊試驗之后電抗值為28.56，偏差值為-0.83%我們可以判定C相的偏差值呈現(xiàn)出較為明顯的波動情況，并且波動值由-0.03%到-0.83%。此種機械振動分析的方法，其實是通過對比分析前后兩次數(shù)值變化的情況判定變壓器繞組松動情況的，電力工作人員現(xiàn)將未進行沖擊之前測得的電抗值填入表格，然后根據(jù)沖擊之后測試得到的電抗值數(shù)據(jù)變化情況進行分析，將其帶入到兩次檢測的表格中，根據(jù)數(shù)據(jù)的波動情況檢測變壓器繞組有無出現(xiàn)損毀，這種檢測方式具有一定的客觀性和科學(xué)性。采用收集多個點位進行數(shù)據(jù)監(jiān)測的方法，能夠顯著把握不同相之間電壓、電流的波動情況，不僅能夠檢測整個變壓器系統(tǒng)繞組結(jié)構(gòu)的松緊程度情況，還能夠迅速找出已經(jīng)受到電流沖擊損傷的變壓器傷口。

4 結(jié)束語

從整體來說，機械振動頻響檢測法可操作性比較強，但是它需要對各種數(shù)據(jù)進行深入分析，綜合各方面的數(shù)據(jù)調(diào)查情況，才能夠得出最終的判斷結(jié)果。因此，頻率響應(yīng)測試法需要具備豐富經(jīng)驗的專人人員才能夠作出準(zhǔn)確判斷。技術(shù)人員需要根據(jù)檢測的信息量進行綜合分析，然后排除影響測試結(jié)果的不良因素，利用豐富的指標(biāo)參量進行繞組變形方式的相關(guān)判斷。并且，振動頻響檢測還需要通過現(xiàn)場應(yīng)用驗證指標(biāo)和歷史驗證記錄對比，才能夠最終體現(xiàn)準(zhǔn)確性。

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