CN102592788A - 图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器 - Google Patents

图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器 Download PDF

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李�杰
徐锡舟
印德林
洪振兴
廖志凌
赵晓明
杨万宏
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JIANGSU HONGAN TRANSFORMER CO Ltd
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Abstract

本发明属于非晶合金干式变压器技术领域，涉及铁心结构及其在线振动监测系统，包括了1非晶合金带材；2长圆形绕组线圈及内框骨架；3玻璃纤维网层间隔板；4涂有特殊3M胶水上下模搭接面，以及在线振动系统。本发明公开了一种长圆形非晶合金铁心结构替代原有的矩形结构，所述铁心截面左右及上下对称呈阶梯状，层间隔板上下模搭接特殊3M胶水缓冲带材受力，降低变压器噪音。线圈内框内A、B、C三种带材可配合使用，线圈耗材有效减少效益明显提高，可靠性增强。针对新型变压器配套基于Labview图形化在线振动监测系统，包括了压电加速度传感器、信号调理模块，数据采集卡和时频分析，可实时监测新型变压器受力振动等工作状态。

Description

图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器
技术领域
本发明属于电气技术非金合金干式变压器技术领域，涉及干式变压器结构及其在线振动监测系统。 
背景技术
近年来，受国际能源紧张形势和国内政策导向影响，非晶合金铁心变压器技术发展迅速，国家电网大力发展智能电网新形势下，非晶合金铁心变压器节能优势也逐步被接受。 
非晶合金带材具有许多独特性能特点，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度、高电阻率等，由非晶合金带材制成的铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗，相当于硅钢片的1/3-1/5、低激磁电流、良好的温度稳定性。非晶合金产晶在节能降耗方面有非常大的竞争优势，它的空载损耗只占到常规变压器的40％左右，可以节能约60％。 
目前进口的带材只有144mm/170mm/213mm3种宽度，受非晶合金带材的限制，国内非晶合金变压器结构均为矩形结构，加工工艺、操作难度比较复杂，变压器抗短路能力差，性能极不稳定。 
此外，非晶合金材料对机械应力非常敏感，非晶合金铁心片厚度极薄，仅0.025mm，不到常用硅钢片的1/10；叠片系数较低，只有0.86，非晶合金铁心受力后，变压器的空载损耗会增加60％左右，磁致伸缩引起非晶合金振动产生噪音。因此，在变压器结构设计时，需采取特殊的紧固措施，减少铁心受力，避免铁心成为主承受件。 
同时，基于以上问题，改进的新型结构需要通过优化监测系统来进行实时状态故障的监测，以便于新型变压器更好的的运行和维护。 
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了支持图形化在线振动监测的一种长圆形非晶合金干式变压器铁心，长圆线圈结构较矩形线圈结构节省材料10％-15％。 
本发明的实现方案是：所用长圆形结构中A、B、C三种带材配合使用，由原来单一的一种规格带材决定单一的线圈结构尺寸，现可以灵活搭配，铁心中间处为矩形，使用最宽型带材，铁心两侧为半圆弧型，选用最窄型铁心。每种带材的厚度可以自定。带材层间设隔板，上下模搭接处涂上特殊3M胶水，使接缝处始终处于半液态黏结状态。减少搭接处振动，降低噪音。配套良好的在线监测系统，确保变压器设备的正常运行和改良后的优良效果，方便维护。 
本发明的有益效果是：铁心及线圈在有效地励磁区域增加了其填充系数，减少搭接处振动，降低噪音，叠片系数原来为86％，现可以达到92％-95％，材料的利用率可提高20％左右，线圈的加工难度大大降低，工艺操作简单，大幅度提高了人工效率，更增加了企业效益，变压器增加了抗短路的能力，性能更加可靠稳定。实时精确的在线振动监测系统保障了变压器运行和维护，具有现实意义和实用价值。 
附图说明
附图1为本发明一个实施例的非晶合金干式变压器铁心截面图 
图中：1非晶合金带材铁心，2变压器线圈，3层间隔板，4层间隔板上下模特殊3M胶水 
A：142mm非晶合金带材；B：170mm非晶合金带材；C：213mm非晶合金带材。 
附图2为监测系统结构图 
附图3为软件设计流程 
具体实施方式
1参见附图1。 
本发明的创新在于将现有的技术中，通常将变压器线圈设计成矩形结构，在此改进成长圆形线圈结构2，特殊的隔板胶粘设计不仅确保铁心及线圈有效励磁区域的同时，增加了填充系数，大大节省了用材量，同时起到减缓振动和带材受力，降低噪音的多重效果。 
具体设计为，所述的长圆形截面中段，采用C型213mm非晶合金带材，厚度可自由选择。 
截面上下对称，分别采用B型170mm非晶合金带材，A型142mm非晶合金带材，同一种型号的带材厚度不限，上下均分。 
层间隔板采用隔音粘和玻璃纤维网，铁心搭接处两个侧面，层间隔板外表面涂有特殊的3M胶水。 
所述隔音粘和玻璃纤维网厚度为0.45-0.55mm。 
2参见附图2 
变压器内部振动源主要有铁心和绕组，包括非晶合金带材磁致伸缩引起铁心的振动，以及带材间动态的电磁力引起绕组的振动等。 
本发明中的变压器在线监测技术优越之处是以微处理技术为核心，具有标准程序软件，可将传感器、数据采集硬件、通信系统和分析功能组装成一体，它的最突出特点是可以在运行中实时监测，弥补了室内常规检测方法和装置的不足。 
通过LC108压电加速度传感器在线监测铁心和绕组的振动信号，组建变压器振动测试系统、CM3504信号调理模块、USB5935数据采集卡和计算机组建变压器数据采集系统，并将采集的信号进行分析和处理。 
利用LABVIEW软件系统对采集的振动信号数据采用时频分析，即小波分析和短时傅里叶变换频谱分析，克服了传统的频谱分析的不足，为以后变压器振动数据的分析方法做了初步验证 
短时傅里叶变换(STFT) 
Figure BSA00000653154900021
“*”表示共扼，g(t)是有紧支撑的函数，f(t)是进入分析的信号。在这个变换中，e起着频限的作用，g(t)起着时限的作用。 
小波变换 
对于任意信号函数f(x)，将任何一个L2(R)空间上的函数在小波基下进行展开就是f(x)的连续小波变换： 
Figure DEST_PATH_GSB00000799870800022
3参见附图3 
软件部分应实现：数据的采集、数据的处理和分析、数据的存储等振动测试的需要，程序包含数据采集、数据读取、数据处理、数据存储和结果显示模块。为将各模块集成到一起，本发明设计了一个主界面来实现各模块的调用，基于Labview的振动测试分析系统的软件设计流程在变压器侧面1/2处测取振动信号进行分析处理。 

Claims (6)

1.本发明涉及了图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，它是将传统的变压器线圈矩形结构设计成长圆结构，并配套在线振动监测系统。其特征在于：1非金合金铁心带材(A：142mm非晶合金带材；B：170mm非晶合金带材；C：213mm非晶合金带材)；2长圆形绕组线圈及内框骨架；3玻璃纤维网层间隔板；4涂有特殊3M胶水上下模搭接面。其中：所述绕组内框截面为长圆形。
2.根据权利要求1所述的图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，其特征在于：铁心的截面左右及上下对称，并且呈阶梯状，内框绕组骨架中间为矩形结构，两侧成圆弧形。
3.根据权利要求1所述的图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，其特征在于：铁心分为若干层，A、B、C三组带材宽度类型的叠片组。绕组内框骨架由A、B、C三种带材相套接而成，每层为一种带材的非晶合金铁心，层与层之间通过玻璃纤维网隔板分离，每种类型的叠片组宽度均相等，每种叠片组的厚度可以灵活选择。
4.根据权利要求1所述的图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，其特征在于：非晶合金带材搭接处设层间隔板，铁心搭接处两个侧面，层间隔板外表面涂有特殊的3M胶水，使接缝始终处于半液态黏结状态，减小搭接处振动，降低变压器噪声。
5.根据权利要求1所述的图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，其特征在于：基于Labview软件的图形化监测系统，包括了C108压电加速度传感器，CM3504信号调理模块，USB5935数据采集卡和采用时频小波分析和短时傅里叶变换的频谱分析，克服常规监测方法和频谱分析方法的不足。
6.根据权利要求1所述的图形化在线振动监测的长圆形非晶合金铁心干式变压器，其特征在于：利用LABVIEW软件系统对采集的振动信号数据采用时频分析，即小波分析和短时傅里叶变换频谱分析，克服了传统的频谱分析的不足，为以后变压器振动数据的分析方法做了初步验证：
短时傅里叶变换(STFT)
Figure RE-FSB00000799870700011
“*”表示共扼，g(t)是有紧支撑的函数，f(t)是进入分析的信号。在这个变换中，e起着频限的作用，g(t)起着时限的作用。
小波变换
对于任意信号函数f(x)，将任何一个L2(R)空间上的函数在小波基下进行展开就是f(x)的连续小波变换：
Figure RE-FSB00000799870700012
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