穩態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因素，通過利用Maxwell和ANSYS Workbench一些相關的軟件，去建立10 kV/400 V 電力變壓器的模型設計，模仿變壓器穩定的狀態條件下其震動的具體特性進行了相關的研究計算，而且與所測的數據進行比照，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計的模型中的一些絕緣墊塊做了相關的實驗，做了變壓器溫度升高會產生的影響實驗等，對于當場測到的一些重要數據進行了分析研究，得到了就繞組軸向振動的相關特性，不管是緊松程度還是溫度變化，老化程度等，最后的結果也預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，其基礎頻率就會減少，變壓器的振動直接受溫度影響，會呈現有規律的增長，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，我們國家的電網發展速度極快，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。國內外變壓器事故層發不窮，對其進行了相關的統計分析，我們不難看出，電力變壓器出現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，經常地觀測，變壓器在運行過程中，繞組線圈受電流影響會發生振動。

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

1、繞組結構動力學分析

1.1 變壓器繞組幾何模型建立

在有限元分析計算情況下，我們去研究其振動特性，本文用來試驗的這臺變壓器，我們對其尺寸結構進行相關研究后建立繞阻模型，高低壓情況下繞阻墊塊數量都有八個，我們用Inventor建立了變壓器繞阻的相關的 3三維模型。

因為變壓器的繞組和鐵芯其就結構而言總體相對稱，所以為了盡可能的節省出大量的空間，我們對磁場進行了研究分析，主要針對的使其平面的結構；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 參數設置

因為涉及到了絕緣墊塊、絕緣紙筒材料其磁導率和電導率對周圍磁場產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，渦流效應對于周圍的漏磁場就會產生影響，所以我們就不可以將其忽略。對于所用部件的材料的相關的屬性而言，我們主要針對的就是其磁導率和電導率，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下繞阻間磁感應強度矢量圖就能得出好多的數據，在繞阻中間，磁感應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 繞組動力學分析

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

2、繞組軸向振動特性影響因素仿真計算

我們根據變壓器的振動理論得出以下的結果，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量–彈簧模型，我們發現其一些元件的屬性會對軸向振動產生很大的影響。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，本節主要就從這一方面出發去進行相關的研究。

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在以下的兩方面。

通常情況下，我們依據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，在此基礎上，我們繼續進行溫度及其老化程度的分析研究，研究其規律，接下來我們主要通過實驗來進行相關的驗證。

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在正在運行過程中的變壓器展開研究實驗，探究其影響規律，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生的，導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的實驗，變壓器的繞阻會隨著位置的不同而產生不同程度的振幅變化，增長的速率也比較的相近，這與模擬的結果差不多，而且通過研究，我們發現在溫度上升的情況下，其振動的頻率也會發生很大的變化，且隨機性比較大。

4、結論

本文主要就現實生活中我們使用的變壓器依據其振動變幅建立模擬實驗模型，根據模型去計算一些相關的特性對其振動變化的影響，總結實驗的結果，得出有效的答案。

（1）對于繞組振動模型中的相關的彈性元件，絕緣墊塊力學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，出現一些有規律的增長，總體上保持上升，但是其隨機性也很明顯。（3）發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，振幅發生變化，諧波畸變率隨預緊力的減小而增大。

參考文獻

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