大型电力变压器铁心的振动特性分析及实验研究

论文摘要

大型电力变压器是电力系统中的重要设备之一,其安全运行对保证电网安全可靠至关重要,实现电力变压器的在线监测和故障诊断意义重大。铁心是变压器的主要部件和故障源之一,其振动主要由硅钢片的磁致伸缩引起,与铁心紧固状况,绝缘程度密切相关,具有较强的非线性非平稳特性。对铁心进行振动特性分析和故障诊断方法实验研究是实现电力变压器在线监测的重要内容。本文以电力变压器铁心为研究对象,将希尔伯特黄变换（HHT）时频分析方法引入变压器铁心非线性振动信号分析领域,结合传统频谱分析法对六种不同型号的电力变压器铁心振动信号进行了分析及实验研究,从时域、频域及时-频域等几个角度分析了铁心本体振动特性、油箱表面空载时振动特性及负载时绕组振动对铁心振动的影响。并在此基础上提出一种基于振动法的电力变压器铁心压紧力在线监测方法。通过对铁心振动信号进行经验模式分解（EEMD）,得到一组特征模式函数（IMFs）,根据铁心振动特性确定出反映压紧力变化的IMFs,计算IMFs的瞬时频率和时频能量分布,用瞬时频率和时频能量分布构建能够表述铁心压紧力的特征矢量,经距离算法计算特征矢量的长度值,实现铁心压紧力变化的在线监测。实验结果表明,由HHT分析得到的铁心振动时频能量分布清晰地表达出铁心磁致伸缩和电磁力引起的振动过程中铁心瞬时频率及振幅的非线性时变规律。铁心振动信号中包含了丰富的磁化、结构状态以及故障信息。文中提出的特征矢量和距离算法能够有效反映铁心在不同压紧力状况下的振动特性,为电力变压器的振动在线状态监测与故障诊断奠定了良好的基础。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 变压器状态监测与故障诊断
• 1.2.1 油色谱分析法
• 1.2.2 电气试验法
• 1.2.3 振动分析法
• 1.3 变压器铁心振动特性国内外研究现状
• 1.4 本文内容安排
• 2 变压器铁心振动原理
• 2.1 变压器工作原理
• 2.2 铁心的结构
• 2.3 铁心振动原理
• 2.3.1 磁致伸缩原理
• 2.3.2 磁致伸缩的影响因素
• 2.3.3 电磁力
• 2.4 振动传播方式
• 2.5 本章小结
• 3 HHT时频分析方法
• 3.1 经验模态分解
• 3.1.1 本征模态函数
• 3.1.2 EMD（Empirical Mode Decomposition）分解
• 3.1.3 EEMD（Ensemble EMD）分解
• 3.2 瞬时频率计算及希尔伯特谱
• 3.2.1 归一化
• 3.2.2 瞬时频率计算
• 3.2.3 希尔伯特谱
• 3.3 本章小结
• 4 变压器铁心振动特性分析
• 4.1 变压器铁心振动监测系统
• 4.2 测试变压器及测试内容
• 4.3 铁心表面振动分析
• 4.3.1 1#变压器铁心表面振动
• 4.3.2 2#变压器铁心表面振动
• 4.3.3 1#和2#变压器铁心表面振动比较
• 4.4 油箱表面铁心振动分析及绕组振动对铁心振动的影响
• 4.4.1 1#变压器空载时油箱表面振动
• 4.4.2 3#变压器油箱表面振动
• 4.4.3 4#变压器负载时油箱表面振动
• 4.4.4 5#变压器油箱表面振动
• 4.4.5 6#变压器油箱表面振动
• 4.5 变压器振动特性分析讨论
• 4.7 本章小结
• 5 变压器铁心压紧力监测方法
• 5.1 压紧力正常时铁心振动特性的HHT分析
• 5.2 压紧力松动时铁心振动特性的HHT分析
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 变压器铁心松动故障特征提取
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果