电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析

2015-07-27 07:38刘伯强国网陕西省电力公司检修公司西安710065
山东工业技术 2015年19期
关键词:内壁电力变压器油箱

刘伯强,刘 敏(国网陕西省电力公司检修公司,西安 710065)

电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析

刘伯强,刘敏
(国网陕西省电力公司检修公司,西安710065)

摘要:振动参数是电力变压器设计、安装调试与运行的关键,它影响着变压器的使用寿命。本文基于电力变压器的振动产生原理和共振现象出现的原因,探讨了变压器内壁固有频率测试中点的分布原则和油箱固有频率测试仪器的方案设计。

关键词:电力变压器;共振现象;固有频率测试;油箱;内壁;方案设计

0 引言

电力变压器振动不但会产生强烈的噪音污染环境,也会导致电力变压器在持续的共振状态下产生内部磨损,长久下去就会造成设备损坏,影响生产进程。

1 电力变压器振动机理分析

本文所研究的是油浸式电力变压器,这种变压器油箱存在一定的固有频率,所以在使用方法方面存在限制性。它在运行时很容易出现谐振现象,增大变压器在运行时的噪音。本文要做的就是对其进行固有频率和振动的测量,评价和研究电力变压器油箱的固有振动意义。

1.1变压器振动产生的原理

电力变压器之所以会产生振动是由于它其中的铁芯、冷却元件和绕组在设备运行时本体发生共振。具体来说就是设备运行时硅钢片的磁致伸缩导致铁芯的周期性振动,负载电流产生了绕组匝间的电动力振动,而冷却元件中的漏磁引起了变压器油箱壁的振动。前两者所产生的共同振动使振动声波均匀的向四周发射,而冷却装置自身产生的振动与噪音也通过磁致接头将振动间接传递给变压器油箱。据调查,三者共振所产生的噪声与振动可以以100Hz的基频进行传播,而在油箱表面测量也会发现其振动信号中存在大量的高阶谐波分量[1]。

1.2共振原理的计算

电力变压器油箱产生共振属于强迫振动,所以可以假设油箱所受到的驱动力为是驱动力的幅值,作为驱动力的角频率出现,因此在单自由度系统的驱动力作用下变压器油箱的强迫振动运动公式即为:

在公式中,x、y、k表示了共振所产生的质量、阻尼、刚度。将这三个变量带入公式中,就有:

所以就有:

如果阻尼变量较小时,就可以为上述运动方式列出微分方程,它的解应该为:

公式迎合了小阻尼情况下变压器油箱内壁的受迫振动,即阻尼振动和简谐运动叠加情况。当阻尼振动在进行一段时间后,会由于振动频率的减小而衰减,最终忽略不计。所以当受迫振动完全进入稳定的等幅振动周期内,就可以表达为:

当变压器的本体振动产生大量的高阶谐波时,振动的某一频率分量就会导致油箱产生较大的共振振幅,而且越来越大。变压器在这种长期的剧烈共振中将会处于不稳定状态,内部的设备磨损就会缩短它的寿命。为了减少变压器的故障发生,应该在其油箱内壁选取一定的测点进行固有频率的测试[2]。

2 油箱内壁的测点布置

为了进行固有频率的测试,应该首先在变压器油箱的内壁进行测点布置。其原则就是按照内壁的加强筋放置来归纳和简化其内部结构,以便于测点的布置。

由于电力变压器的主体规格和结构形式都是不同的,所以在进行测点布置时一定要首先考虑加强筋结构与油箱内壁的关系。可以首先利用加强筋将油箱内壁进行几何分割,变为若干个矩形单元。然后定义每个单元的长度为L,再进行各个单元的尺寸测量,最后在每个单元上确定布点的数量。如果加强筋将内壁分割为L=600mm内一个布点,那么它的具体布点原则就应该如表1.

表1 电力变压器油箱内壁的测试布点基本原则

按照以上原则,本文利用一台三相的油浸式电力变压器,通过它的油箱内壁结构来进行测量布点的研究。如果它的顶部尺寸为1200mmx600mm,那么按照上述原则就可以得知该油箱内壁可以布置2个测试点。而当宽方向为600mm时,可以布置1个测试点。

3 电力变压器油箱固有频率测试仪器的具体设计

3.1测点的选择布置、

按照上文提到的测点布置方法,应该在变压器的顶端三相铁芯和油箱内壁的四周选择11个测点,根据它们来进行振动测量。所以测点的选择原则如图1.

3.2变压器油箱内壁的固有频率测量

无论是设备内元件的单独振动还是共振,整体上振动系统都属于线性振动,所以可以根据已得到的激振力数据来对油箱内壁的激励结构进行控制,再通过对输入输出信号的测量进行传递函数分析来获得固有频率。所以根据已知的激振力与油箱内壁相应来导出它们之间的关系Y(可用导纳)为:

在公式中,X即为油箱表面所测得的振动信号,k为油箱壁表面的刚度,F是输入力信号,而为频率比,所以就有:

由上述计算可知,当可用导纳Y的幅值为1时,它所产生的激励力响应与共振系统中的频率响应特性曲线相关,所以在共振频率下可用导纳Y的值会根据共振频率的增大而增大,这样就可以通过Y来判断出各个阶段的共振频率值。

3.3力输入锤击法对固有频率变化的测试

利用冲击力锤配合力传感器、压电式加速度传感器以及电荷调理电路数据分析仪等等进行固有频率的测试。其具体测试方法为用冲击力锤(冲击脉宽频率为3kHz响应范围)对油箱表面锤击,产生激振,此时所产生的力信号就会吸附于已经布置好的测点上,测点通过振动传感器来测量这些力所产生的振动加速度信号,然后利用传递函数分析方法来测量各个测试点在响应后所得到的不同固有频率。这其中力信号所产生的第一个峰值就是共振系统的第一阶段固有频率,按照测试以此类推,再根据测点可以测试出各个峰值下所代表的各个阶段固有频率。

3.4测试结果分析

根据此前在油箱壁上布置的11个测点来测试冲击力锤所产生振动对各个测点的固有频率特性影响,具体利用到了固有频率的传递函数。我们以测点布置中的顶点2号点为例,这一点布置于油箱的顶部,当冲击力锤敲击油箱时,在1kHZ范围内它的固有频率变化如图2。

如图2所示,2号点的固有频率由低变高,最高达到900Hz范围,主要分为四个阶段。它的频率特性幅值变化小于侧面的测点,所以可以按照无阻尼的固有频率公式来推理:

当质量越大时,它所产生的固有频率就越低。因为2号点处于油箱顶部,它的结构虽然简单但是有铁芯连接,整体承载了来自于绕组和铁芯的共同重力,所以它的结构是相对稳定的,因此在这个阶段固有频率很低[3]。

4 总结

按照本文分析可知,油箱受到共振影响所产生的固有频率和质量有关,也和其内部的结构有关,但当电力变压器长期处于振动状态时,即使是结构稳固的油箱顶点也会由于固件的松动而导致其部位的固有频率升高,这对整个设备都是相当不利的。所以总体来说,该测试对设备的寿命周期保护具有现实意义。

参考文献:

[1]汲胜昌,门阳,刘昱雯等.运行中电力变压器油箱表面振动特性的研究[J].电工电能新技术,2007,26(02):24-28.

[2]唐志兴.三相变压器共振回路的非周期振动[J].广西师范大学,2000,12(30):55-56.

[3]赵宏飞,马宏忠,李凯等.电力变压器油箱固有频率测试及其影响分析[J].电力自动化设备,2013,33(11):165-169.

猜你喜欢
内壁电力变压器油箱
空客A320系列飞机典型故障引起的通风油箱NACA口溢油
垣曲北白鹅墓地出土的青铜匽姬甗(M3:10)
储存在机翼的燃油
一种防倾斜式油箱设计
电力变压器故障诊断及检修技术探究
电力变压器绕组轴向振动稳定性分析
基于通气管路的民用飞机机翼油箱通气设计中的安全性考虑
气缸内壁温度分布和机油温度对活塞摩擦的影响