稳态条件下变压器绕组轴向振动特性及其影响因素

陈建松

摘 要：本文主要研究的是影响变压器绕组振动的相关因素，通过利用Maxwell和ANSYS Workbench一些相关的软件，去建立10 kV/400 V 电力变压器的模型设计，模仿变压器稳定的状态条件下其震动的具体特性进行了相关的研究计算，而且与所测的数据进行比照，然后检验其是否合适。另外本文还主要就绕组轴向振动得所设计的模型中的一些绝缘垫块做了相关的实验，做了变压器温度升高会产生的影响实验等，对于当场测到的一些重要数据进行了分析研究，得到了就绕组轴向振动的相关特性，不管是紧松程度还是温度变化，老化程度等，最后的结果也预示了就其绕组越紧的时候，变压器的箱体各种振幅变化就会比较的明显，其基础频率就会减少，变压器的振动直接受温度影响，会呈现有规律的增长，其工作的年代长短就显得没那么重要了，總体而言随着其运行时间变长，变压器箱体振动信号谐波畸变率就会变得更高。

关键词：变压器 绕组振动 绝缘垫块 振幅变化

这些年来，我们国家的电网发展速度极快，电力变压器作为其中的一份子，其可靠程度也被更多的人越来越重视。国内外变压器事故层发不穷，对其进行了相关的统计分析，我们不难看出，电力变压器出现问题的地方就是绕组线圈，所以我们就要加强对绕组线圈的研究，经常地观测，变压器在运行过程中，绕组线圈受电流影响会发生振动。

本文专门对一台10 kV/400 V 的变压器进行了相关的研究，建立了三维模型针对其相关的结构，针对绕阻变化专门进行了电磁分析和动力分析。对于构成绕阻结构的元件的绝缘垫块进行了相关情况下的实验，针对其不同的环境，松紧程度，老化情况、温度高低下其的相关变化，得出其振动变化的一些规律。笔者认为本文在这一方面的研究意义颇大。

1、绕组结构动力学分析

1.1 变压器绕组几何模型建立

在有限元分析计算情况下，我们去研究其振动特性，本文用来试验的这台变压器，我们对其尺寸结构进行相关研究后建立绕阻模型，高低压情况下绕阻垫块数量都有八个，我们用Inventor建立了变压器绕阻的相关的 3三维模型。

因为变压器的绕组和铁芯其就结构而言总体相对称，所以为了尽可能的节省出大量的空间，我们对磁场进行了研究分析，主要针对的使其平面的结构；我们在模仿过程中，我们对于一些像铁芯等物件都没有纳入其中，为了尽可能的去提升效率。

1.2 绕组漏磁场计算

1.2.1 参数设置

因为涉及到了绝缘垫块、绝缘纸筒材料其磁导率和电导率对周围磁场产生影响的可能性很低，所以一般我们在计算漏磁场的时候都不纳入其中来计算。但是我们研究所用的高低压绕阻其所用的压板的材料都是金属的，涡流效应对于周围的漏磁场就会产生影响，所以我们就不可以将其忽略。对于所用部件的材料的相关的属性而言，我们主要针对的就是其磁导率和电导率，这是非常重要的变压器的绕阻，铁芯硅钢片等材料的属性要根据具体情况来定，一般我们所用的就是 B–H 曲线。

1.2.2 漏磁场计算

一般情况下变压器运行的条件都是固定的，达到顶值时变压器我们使用三相状态下绕阻间磁感应强度矢量图就能得出好多的数据，在绕阻中间，磁感应的强度大小主要以其轴向分量为准，越向绕阻两边靠近，其量值不断地增加。

1.3 绕组动力学分析

我们根据所建的绕阻的三维模型，分析其轴向振动所产生的相关研究成果，去进行分析研究。

2、绕组轴向振动特性影响因素仿真计算

我们根据变压器的振动理论得出以下的结果，变压器的振动受影响的因素是非常的多的，主要受到运行工况的影响，一般情况下运行工况如果不发生变化的话，绕阻的振动受其他的因素的影响也会非常的多，这些因素大多为非故障的。通过分析研究绕组的质量–弹簧模型，我们发现其一些元件的属性会对轴向振动产生很大的影响。我们使用的绝缘垫块的材料一般为绝缘纸板，它的力学特性受影响的因素也很多，有温度，湿度、压力等各方面的影响，本节主要就从这一方面出发去进行相关的研究。

油浸式电力变压器在工作当中，因为其里面的各种情况相对繁杂，受到温度影响较大，加上近些年以来，特高压也飞速发展，变压器容量越来越大，受温度的影响比较的大，温度对于绕阻振动的变化主要体现在以下的两方面。

通常情况下，我们依据加热老化的方式不同，使用的绝缘纸板的试样的类型也不一样，其受影响作用的就是其温度和热作用的时间影响，一般情况下热老化的等效绝缘寿命我们可以通过估计得出的，其系数由变压器正常工作的温度决定，选用一些样品，控制在 130 ℃左右，然后接下来对杨氏模量进行相关的测试，其模量随着工作时间的增长会减小。

3、绕组振动影响因素试验研究

以上通过介绍绕阻变动的绝缘垫块的分析研究，在此基础上，我们继续进行温度及其老化程度的分析研究，研究其规律，接下来我们主要通过实验来进行相关的验证。

3.1 运行年限对振动特性的影响

运行年限的长短对于振动特性的影响还是比较的大的，我们主要针对许多现在正在运行过程中的变压器展开研究实验，探究其影响规律，其中信息量比较充足的大概有四十五台左右，由此可以推出，在时间不断增长的情况下，变压器的振动幅度在不断地增大，主要原因就是其垫块老化所产生的，导致了其振动幅度不断地上升，这与前面的模拟实验得出的结果相似性很高。

3.2 温升试验

温度对变压器振动的影响到底大不大，这是需要深入研究的，我们需要不断地变化温度器变压器进行相关的实验，变压器的绕阻会随着位置的不同而产生不同程度的振幅变化，增长的速率也比较的相近，这与模拟的结果差不多，而且通过研究，我们发现在温度上升的情况下，其振动的频率也会发生很大的变化，且随机性比较大。

4、结论

本文主要就现实生活中我们使用的变压器依据其振动变幅建立模拟实验模型，根据模型去计算一些相关的特性对其振动变化的影响，总结实验的结果，得出有效的答案。

（1）对于绕组振动模型中的相关的弹性元件，绝缘垫块力学特性受到得影响因素是非常的多，对其杨氏模量的影响也很大。（2）变压器箱体振动信号中基频分量会受气温度的影响，出现一些有规律的增长，总体上保持上升，但是其随机性也很明显。（3）发生绕组松动的变压器箱体振动信号频率大小不同，分量不断增长，振幅发生变化，谐波畸变率随预紧力的减小而增大。

参考文献

[1]凌愍，古正香. 1990—1994 年全国变压器事故统计及分析[J].电网技术，1996，20（9）：47-52.

[2]王梦云. 110 kV及以上变压器事故统计分析[J]. 供用电，2006，23（1）：1-4.