基于振动的变压器故障诊断技术课件.pptx

基于振动的,变压器故障诊断技术,目录,绪论,（问题提出）,1,2,国内外研究现状,3,主要技术,技术成果、创新及其应用,总结,4,5,一、问题提出,一、问题提出,1.1,变压器主要故障,变压器故障中绕组故障、OLTC故障是主要故障（如图）,特别是不易诊断的,内部,故障，主要是绕组故障与OLTC故障,变压器跳闸本体原因分布,第,4,页,一、问题提出,1.2,关于绕组松动、抗短路能力下降,短路冲击会引起电力变压器,绕组松动、压紧力下降，,最终导致,抗短路能力,下降,，事故,隐患增大,；,绕组松动、压紧力降低是反映绕组机械性能下降的,主要指标,，绕组的机械,状态直接反应绕组的抗短路能力运行时间长的变压器，铁芯松动也比较常见,绕组松动(变形),绕组严重损坏,第,5,页,一、问题提出,1.3,关于有载分接开关,有载分接开关（OLTC）是调压变压器完成有载调压的关键部件过去由于对电能质量要求不高，OLTC,动作较少,，故障相应较少，对,其故障认识与研究明显不足随着对电能质量要求的提高，电网大量应用,AVC,等系统，,现在,有载分接开关,调节相当频繁,，因此,故障率有上升趋势,6,-,一、问题提出,近年来，有载分接开关的主要故障有：,传动部分,故障,触头故障,其他故障,触头过热,触头松动,触头烧损,触头脱落等,切换机构卡,电动机构滑,档,渗漏油,涩,传动机构卡,死,拒动,绝缘击穿等,主传动轴断,裂等,因此需要对,OLTC,的故障进行研究，并采取有效的方法诊断。

主要针对椭圆标记的故障进行研究7,-,一、问题提出,绕组松动检查是变压器,大修,最重要的工作内容；,目前虽然实施状态检修，但绕组机械性能,没有,有效的检测方法基于机械振动的变压器故障诊断方法，主要特点：,与变压器没有电气联,不需要停电试验，可,系，不影响设备正常运行以实现监测基于振动的变压器故障诊断,的优点,不依赖故障发热，,能,系统简单、成本低，,具有较好的推广前景够进行早期预测,，并能实,现故障定位实现变压器故障诊断、绕组机械性能评估，可提高变压器运行,可靠性,8,-,一、问题提出,1.4,关于油中气体分析,（,DGA,）,是研究最多、目前相对最成熟的技术能实现离线分析、监测主要诊断方法：,特征气体判断法,故障气体速率判断法,IEC,三比值判断法,C,2,H,C,2,H,4,2,CH,H,2,4,C,2,H,4,C,2,H,6,k,1,k,2,k,3,在三值法基础上的各种改进方法,但是：,主要针对过热、放电类故障，对,非热故障,无能为力（绕组松动、变形、铁,芯松动等）,正常状态，OLTC油也含有烃类气体，基于DGA诊断困难,反应时间长,：故障发热-温度上升-产生气体-取样析出气体-分析诊断,无法故障定位,-9,-,二、国内外研究水平,二、国内外研究水平综述,油中气体分析：,基于热、放电特征,，不能分析绕组松动、压紧力下,降问题。

1,变压,器绕,组性,能评,估研,究现,状,电气频响法：针对绕组变形，受干扰因素很多，不能分析绕组,松动，必须,停电试验,2,3,其他电气方法（LVI、SCR等）：不能分析绕组松动，且,多为停,电试验,机械振动法：新方法，国内外研究热点，但重点是对绕组短路、绕,组变形故障国内外未见,绕组机械性能评估研究,的报道4,-11,-,二、国内外研究水平综述,河海大学在国家电网公司及江苏省电力公司、河南省电力公司的支持下,进行基于振动的电力设备故障诊断的大量研究，有很好的研究积累完成了,国家电网公司总部科技项目,：,基于振动（噪声）的电力变压器故,障诊断研究,，江苏省电力公司重点科技项目：基于振动的,有载分接开关,故障,诊断、,基于振动的绕组机械性能评估研究,等.,以及不同方面的延伸研究项目，如基于振动的,GIS,故障诊断、基于振动,的风力发电机故障诊断等取得原创性研究成果12,-,三、主要技术,三、主要技术,总体路线,理论研究,振动建模,项目研究分为五个阶段：,理论研究,：研究振动信号在电气设备,中传播机理实验室研究,建模分析,：建立变压器故障振动模型实验室,研究：构建实验平台，模拟故,障，发现故障特征量，研究诊断方法。

配变实验、大型变压器实验、,OLTC),装置,研制及优化：研制变压器故障诊,断及监测系统大型变压器实验研究,变压器故障诊断装置,研究,现场研究,现场试运行,建立数据库,现场,研究：进行变压器现场实测，建,立变压器振动数据库三、主要技术,技术路线,理论研究,故障源分析,故障演变分析,故障特征提取分析,故障信号传播机理分析,故障影响分析,实验研究,项目内容,建模仿真,故障类型,研究对象,三维实体建模,模态分析,绕组松动,绕组变形,绕组绝缘劣化,绕组匝间短路,实验室实验,变压器绕组,瞬态动力学分析,谐响应分析,工业现场实验,抗短路能力下降,铁芯松动,变压器铁芯,触头故障,传动系统故障,常规电源实验室变,压器故障实验方法,有载分接开关,多传感器测点优化,布置方案,装置研制,现场应用研究,理论推广应用,应用电压等级：,35kV1000kV,验证诊断方案的有效性,气体绝缘组合器(GIS),双馈异步发电机,断路器,固定安装式,便携式,进一步修正和完善诊断理论,三、主要技术,3.1,理论研究,3.1.1,变压器振动问题分析,考察绕组振动在油箱表面产生的响应变压器振动问题由,绕组振动,(,输入,),、变压器结构,(,系统,),和油箱振动,(,响应,),三部,分组成，如图所示。

绕组处于漏磁场中，受到电动力，产生振,动绕组振动经由变压器油、固体构件等路径传递至油箱表面本研究通过利用振动传感器测取的油箱表面振动信号，对绕组,状态进行评估绕组振动,输入,变压器结构,系统,油箱振动,响应,变压器绕组振动问题,第,16,页,三、主要技术,3.1,理论研究,3.1.2,变压器绕组振动数学模型,d,2,z,1,2,dz,1,dt,以上分析为振动问题的整体,分析下面以绕组振动为例进行,具体分析：绕组中的电流与漏磁,场作用，产生电磁力作用于线饼,上，线饼产生振动其数学模型,如下式所示等式右边为电磁力,和重力的合力，左边为绕组运动、,阻尼力、弹性力作用等的描述m,m,C,C,C,K,z,K,(,z,z,),F,mg,B,1,1,2,1,dt,2,d,z,2,2,dz,2,dt,K,(,z,z,),K,(,z,z,),F,mg,1,2,2,3,2,dt,2,d,z,3,2,dz,3,dt,K,(,z,z,),K,(,z,z,),F,mg,2,3,3,4,3,m,dt,d,2,z,n,2,dz,n,dt,m,C,K,(,z,z,),K,z,F,mg,n,1,n,H,n,n,dt,绕组振动数学模型,第,17,页,三、主要技术,3.1,理论研究,3.1.2,变压器绕组振动数学模型,可以得到绕组松动,位移,：,C,t,y,b,I,Mg,2,2,Y,A,e,sin(,t,),G,cos(2,t,),y,m,2,M,y,y,0,y,2,K,y,可以得到绕组松动引起,振动加速度,：,绕组松动引起振动频率：,a,4,2,G,sin(2,t,),K,2,m,0,pI,4,2,sin(2,t,),M,(,K,4,M,2,),2,4,C,2,2,即得到绕组松动,位移,Y,与线饼与上端部铁轭之间的刚度系数、相邻线饼,间的刚度系数、线饼与下端部铁轭之间的刚度系数、线饼单元所受的电磁力,线饼质量、绝缘油的阻尼系数、线饼单元受到的阻尼力等有关。

绕组动力学模型的振动加速度表达式,第,18,页,三、主要技术,3.2,建模仿真研究,理论研究之后，进行建模仿真研究通过,Pro/Engineer,软,件绘制了,110kV,变压器模型通过,ANSYS,软件变压器的绕组模,型建模仿真研究包括测量数据、绘制,2,维图形、绘制,3,维图形、,绘制零件、装配、仿真计算、数据处理、与实验对比等环节，历,时两千,通过,Pro/Engineer,绘制的变压器模型,通过,ANSYS,绘制的,变压器模型,第,19,页,三、主要技术,3.3,配电变压器松动实验,通过控制压紧螺母来控制绕组所受压紧力设置预紧力后，,进行负载实验，探究电流和绕组机械状态对油箱表面振动信号的,影响实验内容包括：应变片电路设计、故障设置、负载实验等用扳手,拧松螺母,应变片与接,线,预紧螺杆,配电变压器绕组压紧力设置,绕组松动,第,20,页,三、主要技术,3.3,配电变压器松动实验,4,0,共振谱峰,500,频率,/Hz,1000,绕组压紧变压器谐响应分析,绕组压紧变压器振动频谱,4,共振谱峰,0,500,频率,/Hz,1000,绕组松动变压器谐响应分析,绕组松动变压器振动频谱,据有,减小，共振频谱向左偏移（频率下降）。

第,21,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.1,实验概要,对南京立业变压器有限公司一台,110kV,变压器进行不同压紧不同电,压电流状态下的实验，测取油箱表面,振动加速度信号实验历时,3,月本实验系统包括发电机、变压器、,振动传感器、采集仪和液压系统,(,控,制绕组所受压紧力,),等吊罩中的,实验变压器,第,22,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.2,实验过程,抽油吊罩,1,2,3,4,5,选,取,实验顺序为：抽油吊罩，,设置绕组压紧力,回罩静置,利用液压系统设置绕组压紧,另,外,力，回罩静置然后进行负,载实验和空载实验，测取振,动信号一,种,压,紧,状,态,进行负载实验并测取,振动信号,进行空载实验并测取,振动信号,第,23,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.3,压紧力设置方法,图为压紧力设置方法：利用液压系统的千斤顶控制绕组所受,压紧力对三相绕组分别设置压紧力大型变压器绕组压紧力设置,第,24,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.3,压紧力设置方法,将厂家检验合格的变压器的压紧力,28MPa,视为标准压紧力,(1,压紧力,),；,0.750,分别对应压紧力对应,21MPa0MPa,压,紧力。

对,A,相绕组压紧进行前侧,(,低压套管侧,),、后侧,(,高压套管,侧,),的区分这样组合出,11,种压紧状态状态编号,A,(,前侧螺母,),A,(,后侧螺母,),B,(,全部螺母,),C,(,全部螺母,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,1,10,11,1,0.75,0.5,0.25,0,1,0.75,0.5,0.25,0,0,0.5,0,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0.5,1,1,0.5,0,1,1,1,1,1,1,第,25,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.4,空载实验,变压器低压侧接发电,机，调节发电机使变压,器,电,压,分,别,为,80%,、,85%,、,90%,、,95%,、,100%,、,105%,以,及,110%,的额定电压，高,压绕组开路大型变压器空载实验接线,第,26,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.4,空载实验,变压器简易示意图及测点位置,测,点,布,置,在,图,示,的,C,1,b,B,2,0,A,117,号位置在测点,处安装振动传感器，测,取振动信号基于信号,强弱和信号复杂性的考,虑，选取,13,号位置为,优化后的测点位置。

高压侧,低压侧,3,c,a,(7),(8),(9),不带括号的数字为,图示的可视面测点,(16),17,4,5,6,带括号的数字为图,示的非可视面测点,(10),(11),(12),13,14,15,振动信号测点布置,第,27,页,三、主要技术,3.4,大型变压器松动实验,3.4.5,负载实验,变压器高压侧接发电,高压侧,低压侧短路,机的输出端，将低压侧,三相绕组短路，调节发,电机使低压侧电流分别,为,额,定,电,流,的,20%,、,40%,。