穩(wěn)態(tài)條件下變壓器繞組軸向振動特性及其影響因素

陳建松

摘 要：本文主要研究的是影響變壓器繞組振動的相關(guān)因素，通過利用Maxwell和ANSYS Workbench一些相關(guān)的軟件，去建立10 kV/400 V 電力變壓器的模型設(shè)計，模仿變壓器穩(wěn)定的狀態(tài)條件下其震動的具體特性進行了相關(guān)的研究計算，而且與所測的數(shù)據(jù)進行比照，然后檢驗其是否合適。另外本文還主要就繞組軸向振動得所設(shè)計的模型中的一些絕緣墊塊做了相關(guān)的實驗，做了變壓器溫度升高會產(chǎn)生的影響實驗等，對于當場測到的一些重要數(shù)據(jù)進行了分析研究，得到了就繞組軸向振動的相關(guān)特性，不管是緊松程度還是溫度變化，老化程度等，最后的結(jié)果也預(yù)示了就其繞組越緊的時候，變壓器的箱體各種振幅變化就會比較的明顯，其基礎(chǔ)頻率就會減少，變壓器的振動直接受溫度影響，會呈現(xiàn)有規(guī)律的增長，其工作的年代長短就顯得沒那么重要了，總體而言隨著其運行時間變長，變壓器箱體振動信號諧波畸變率就會變得更高。

關(guān)鍵詞：變壓器 繞組振動 絕緣墊塊 振幅變化

這些年來，我們國家的電網(wǎng)發(fā)展速度極快，電力變壓器作為其中的一份子，其可靠程度也被更多的人越來越重視。國內(nèi)外變壓器事故層發(fā)不窮，對其進行了相關(guān)的統(tǒng)計分析，我們不難看出，電力變壓器出現(xiàn)問題的地方就是繞組線圈，所以我們就要加強對繞組線圈的研究，經(jīng)常地觀測，變壓器在運行過程中，繞組線圈受電流影響會發(fā)生振動。

本文專門對一臺10 kV/400 V 的變壓器進行了相關(guān)的研究，建立了三維模型針對其相關(guān)的結(jié)構(gòu)，針對繞阻變化專門進行了電磁分析和動力分析。對于構(gòu)成繞阻結(jié)構(gòu)的元件的絕緣墊塊進行了相關(guān)情況下的實驗，針對其不同的環(huán)境，松緊程度，老化情況、溫度高低下其的相關(guān)變化，得出其振動變化的一些規(guī)律。筆者認為本文在這一方面的研究意義頗大。

1、繞組結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析

1.1 變壓器繞組幾何模型建立

在有限元分析計算情況下，我們?nèi)パ芯科湔駝犹匦裕疚挠脕碓囼灥倪@臺變壓器，我們對其尺寸結(jié)構(gòu)進行相關(guān)研究后建立繞阻模型，高低壓情況下繞阻墊塊數(shù)量都有八個，我們用Inventor建立了變壓器繞阻的相關(guān)的 3三維模型。

因為變壓器的繞組和鐵芯其就結(jié)構(gòu)而言總體相對稱，所以為了盡可能的節(jié)省出大量的空間，我們對磁場進行了研究分析，主要針對的使其平面的結(jié)構(gòu)；我們在模仿過程中，我們對于一些像鐵芯等物件都沒有納入其中，為了盡可能的去提升效率。

1.2 繞組漏磁場計算

1.2.1 參數(shù)設(shè)置

因為涉及到了絕緣墊塊、絕緣紙筒材料其磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率對周圍磁場產(chǎn)生影響的可能性很低，所以一般我們在計算漏磁場的時候都不納入其中來計算。但是我們研究所用的高低壓繞阻其所用的壓板的材料都是金屬的，渦流效應(yīng)對于周圍的漏磁場就會產(chǎn)生影響，所以我們就不可以將其忽略。對于所用部件的材料的相關(guān)的屬性而言，我們主要針對的就是其磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率，這是非常重要的變壓器的繞阻，鐵芯硅鋼片等材料的屬性要根據(jù)具體情況來定，一般我們所用的就是 B–H 曲線。

1.2.2 漏磁場計算

一般情況下變壓器運行的條件都是固定的，達到頂值時變壓器我們使用三相狀態(tài)下繞阻間磁感應(yīng)強度矢量圖就能得出好多的數(shù)據(jù)，在繞阻中間，磁感應(yīng)的強度大小主要以其軸向分量為準，越向繞阻兩邊靠近，其量值不斷地增加。

1.3 繞組動力學(xué)分析

我們根據(jù)所建的繞阻的三維模型，分析其軸向振動所產(chǎn)生的相關(guān)研究成果，去進行分析研究。

2、繞組軸向振動特性影響因素仿真計算

我們根據(jù)變壓器的振動理論得出以下的結(jié)果，變壓器的振動受影響的因素是非常的多的，主要受到運行工況的影響，一般情況下運行工況如果不發(fā)生變化的話，繞阻的振動受其他的因素的影響也會非常的多，這些因素大多為非故障的。通過分析研究繞組的質(zhì)量–彈簧模型，我們發(fā)現(xiàn)其一些元件的屬性會對軸向振動產(chǎn)生很大的影響。我們使用的絕緣墊塊的材料一般為絕緣紙板，它的力學(xué)特性受影響的因素也很多，有溫度，濕度、壓力等各方面的影響，本節(jié)主要就從這一方面出發(fā)去進行相關(guān)的研究。

油浸式電力變壓器在工作當中，因為其里面的各種情況相對繁雜，受到溫度影響較大，加上近些年以來，特高壓也飛速發(fā)展，變壓器容量越來越大，受溫度的影響比較的大，溫度對于繞阻振動的變化主要體現(xiàn)在以下的兩方面。

通常情況下，我們依據(jù)加熱老化的方式不同，使用的絕緣紙板的試樣的類型也不一樣，其受影響作用的就是其溫度和熱作用的時間影響，一般情況下熱老化的等效絕緣壽命我們可以通過估計得出的，其系數(shù)由變壓器正常工作的溫度決定，選用一些樣品，控制在 130 ℃左右，然后接下來對楊氏模量進行相關(guān)的測試，其模量隨著工作時間的增長會減小。

3、繞組振動影響因素試驗研究

以上通過介紹繞阻變動的絕緣墊塊的分析研究，在此基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)進行溫度及其老化程度的分析研究，研究其規(guī)律，接下來我們主要通過實驗來進行相關(guān)的驗證。

3.1 運行年限對振動特性的影響

運行年限的長短對于振動特性的影響還是比較的大的，我們主要針對許多現(xiàn)在正在運行過程中的變壓器展開研究實驗，探究其影響規(guī)律，其中信息量比較充足的大概有四十五臺左右，由此可以推出，在時間不斷增長的情況下，變壓器的振動幅度在不斷地增大，主要原因就是其墊塊老化所產(chǎn)生的，導(dǎo)致了其振動幅度不斷地上升，這與前面的模擬實驗得出的結(jié)果相似性很高。

3.2 溫升試驗

溫度對變壓器振動的影響到底大不大，這是需要深入研究的，我們需要不斷地變化溫度器變壓器進行相關(guān)的實驗，變壓器的繞阻會隨著位置的不同而產(chǎn)生不同程度的振幅變化，增長的速率也比較的相近，這與模擬的結(jié)果差不多，而且通過研究，我們發(fā)現(xiàn)在溫度上升的情況下，其振動的頻率也會發(fā)生很大的變化，且隨機性比較大。

4、結(jié)論

本文主要就現(xiàn)實生活中我們使用的變壓器依據(jù)其振動變幅建立模擬實驗?zāi)Ｐ?，根?jù)模型去計算一些相關(guān)的特性對其振動變化的影響，總結(jié)實驗的結(jié)果，得出有效的答案。

（1）對于繞組振動模型中的相關(guān)的彈性元件，絕緣墊塊力學(xué)特性受到得影響因素是非常的多，對其楊氏模量的影響也很大。（2）變壓器箱體振動信號中基頻分量會受氣溫度的影響，出現(xiàn)一些有規(guī)律的增長，總體上保持上升，但是其隨機性也很明顯。（3）發(fā)生繞組松動的變壓器箱體振動信號頻率大小不同，分量不斷增長，振幅發(fā)生變化，諧波畸變率隨預(yù)緊力的減小而增大。

參考文獻

[1]凌愍，古正香. 1990—1994 年全國變壓器事故統(tǒng)計及分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，1996，20（9）：47-52.

[2]王夢云. 110 kV及以上變壓器事故統(tǒng)計分析[J]. 供用電，2006，23（1）：1-4.