CN203025281U

CN203025281U - 变压器异常振动实验装置

Info

Publication number: CN203025281U
Application number: CN 201320013337
Authority: CN
Inventors: 龙凯华; 郝震; 马继先; 刘少宇
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power Research Institute Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power Research Institute Co Ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2023-01-10

Abstract

本实用新型提供一种变压器异常振动实验装置，变压器异常振动实验装置中具有：直流发生器，其向变压器的交流回路中注入不同大小的直流电流，模拟直流偏磁；谐波发生器，其产生不同频率的谐波，以模拟谐波影响；谐波分析仪，其对由谐波发生器产生的谐波进行分析；录波仪，其记录电压和电流波形，在变压器模型的油箱内具有夹持铁芯的铁芯夹件，通过调节该铁芯夹件能够模拟铁芯松动或绕组松动。利用前述结构能全面地模拟铁芯松动、绕组松动、直流偏磁和谐波影响的不同情况，获得变压器异常振动的内部信号和油箱外部信号，以及多项电气测试数据。

Description

变压器异常振动实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种变压器异常振动实验装置，其用于采集变压器振动信号并能够对电流、电压以及损耗进行测量。

背景技术

电力变压器在运行中异常振动是一种不良状态，引起异常振动的原因主要有：绕组和铁芯的紧固程度降低；直流偏磁条件下变压器励磁发生变化；谐波影响下电流波形畸变等。通过对运行中的变压器油箱表面进行振动检测和监测，可以有效发现异常振动信号，但对振动信号的模式识别和故障隐患分析诊断却是一项较为复杂的技术，需要有针对性地对变压器内部的典型异常振动源特性进行实验室环境下的模拟研究。

中国专利号为201010104737.X发明专利公开的电力变压器绕组松动故障振动检测方法，以大型变压器绕组为监测对象，通过计算振动信号的傅里叶频谱、峰度值、6个时间尺度采样熵的和等参量对绕组松动程度进行判断。该方案的重点集中在信号处理和判断方法上，且仅模拟了绕组松动的情况，不能全面模拟各种故障情况。

中国专利号为201110432033.X的发明专利公开的一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，可将变压器油箱表面的振动信号通过延时嵌入至m维空间，以获得对应的数字符号序列，通过序列的直方图构建对应的特征函数，进而根据特征量来判别直流偏磁。该发明仅提供了一种进行信号处理分析的数学方法，用于对运行中的变压器因直流偏磁而产生的异常振动进行分析和判断，其并未提供如何在实验环境中模拟各种产生异常振动的不良条件的实现方法。

综上所述，现有的变压器异常振动实验装置存在如下问题：

（1）仅能模拟各种情况中的一种情况，而无法对全面的模拟各种故障情况；

（2）只能对变压器的油箱表面的振动进行测量，而无法对内部的铁芯及绕组的振动进行测量。

发明内容

本实用新型正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够模拟绕组松动、铁芯松动、直流偏磁以及谐波影响的变压器异常振动实验装置。

本实用新型的技术方案是：一种变压器异常振动实验装置，其应用于一变压器，该变压器具有油箱，该油箱内设有缠绕有绕组的铁芯，该实验装置包括振动发生单元、振动探头及振动信号处理分析仪，其中，该振动发生单元与该变压器模型电连接，振动探头设于该变压器模型上，振动探头通过信号线与振动信号处理分析仪连接，该振动发生单元包括模拟直流偏磁影响的直流偏磁实验单元、模拟谐波影响的谐波实验单元及模拟松动影响的松动实验单元的任意组合，振动探头将检测到的利用振动发生单元产生的变压器的振动信号转换成模拟电平信号，并经由信号线传送至振动信号处理分析仪。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述直流偏磁实验单元包括向变压器的交流回路中注入不同大小直流电流的直流发生器。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述直流发生器的一极与实验电源的中性点连接，另一极与变压器的中性点连接，并且在直流发生器的两极间并联有电容器。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述谐波实验单元包括能够产生不同频率谐波的谐波发生器。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述实验装置还包括对由所述谐波发生器产生的谐波进行分析的谐波分析仪以及记录电压、电流波形的录波仪或示波器。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述松动实验单元包括所述变压器的油箱内设置的用于夹持铁芯的可调节的铁芯夹件，通过调节该铁芯夹件能够模拟铁芯松动或绕组松动状态。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述铁芯夹件包括纵向调节结构和横向调节结构，所述铁芯夹件包括四根杆状部件，缠有绕组的铁芯夹持于四根杆状部件之间，所述纵向调节结构包括在沿铁芯高度方向的两根杆状部件之间设置的纵向压紧螺杆和纵向压紧螺母，所述横向调节结构包括在沿铁芯宽度方向的两根杆状部件之间设置的横压紧螺杆和横压紧螺母。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述振动探头贴设于所述变压器内的所述铁芯上，所述信号线穿过设于所述油箱的顶部的开口连接所述振动探头与振动信号处理分析仪。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述振动探头贴设于所述铁芯的低压部分的三个垂直的面上。

根据上述的变压器异常振动实验装置，其中，所述谐波实验单元包括谐波发生器、谐波分析仪、录波仪以及电压电流损耗测试仪，其中，所述实验电源和变压器模型之间采用三相连接线供电，谐波发生器的三条三相输出线分别并入该三相连接线；谐波分析仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；录波仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；电压电流损耗测试仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线。

本实用新型的变压器异常振动实验装置中，变压器具有油箱，缠绕有绕组的铁芯设于油箱内，变压器与实验电源电连接，在变压器上设有振动探头，振动探头通过信号线与振动信号处理分析仪连接，振动探头将检测到的振动信号转换成模拟电平信号，并经由信号线传送至振动信号处理分析仪以进行分析处理，所述变压器异常振动实验装置的特征在于，在变压器异常振动实验装置中具有：直流发生器，其向变压器的交流回路中注入不同大小的直流电流，模拟直流偏磁；谐波发生器，其产生不同频率的谐波，以模拟谐波影响；谐波分析仪，其对由谐波发生器产生的谐波进行分析；录波仪，其记录电压和电流波形，在变压器的油箱内具有夹持铁芯的铁芯夹件，通过调节该铁芯夹件能够模拟铁芯松动或绕组松动。

本实用新型利用直流发生器能够向变压器交流回路中注入不同大小的直流电流，从而能够模拟直流偏磁影响。利用谐波发生器产生的不同频率的谐波，模拟谐波影响。利用振动探头以及振动信号处理分析仪，能够采集到油箱内的变压器模型铁芯上各个方向的振动信号，并可以与油箱表面的振动信号进行比较。利用电压电流损耗测试仪、谐波分析仪以及录波仪能够从实验装置中获得各种电气测试数据。同时，通过调节纵向压紧螺母能够对绕组的预紧力进行调节，从而模拟组存在松动缺陷的情况。通过调节横向压紧螺母能够对铁芯的预紧力进行调节，从而模拟铁芯存在松动缺陷的情况。

本实用新型能够对变压器油箱表面和铁芯表面同时采集振动信号，而且，该变压器异常振动装置还能够对电流、电压和损耗进行测量。采用该实验装置可便于形成各种异常振动原因的特征图谱参量库，从而为运行中变压器异常振动的带电检测和在线监测诊断分析提供参考。

因此，利用上述结构能全面地模拟铁芯松动、绕组松动、直流偏磁和谐波影响的不同情况，获得变压器异常振动的内部信号和油箱外部信号，以及多项电气测试数据。通过对这些信号和数据进行分析，有助于建立异常振动的诊断方法和判别标准，实现变压器振动带电检测和在线监测，及时发现变压器绕组及铁心的故障隐患。

附图说明

图1是本实用新型的整体框图。

图2是本实用新型中直流电流发生器的连接框图。

图3是本实用新型中变压器模型的主视图。

图4是本实用新型中变压器模型的俯视图。

图5是本实用新型中变压器模型的侧视图。

图6是本实用新型中振动探头的连接情况的立体图。

标号说明

1：实验电源； 2：变压器模型； 3：谐波发生器；

4：直流电流发生器； 5：电压电流损耗测试仪； 6：谐波分析仪；

7：录波仪（或示波器）； 8：振动探头； 9：若干信号线；

10：振动信号处理分析仪； 11：中性点； 12：中性点；

13：电容器； 14：铁芯； 15：绕组；

16：铁芯夹件； 17：绑带； 18：绕组压紧垫块；

19：纵向压紧螺杆； 20：纵向压紧螺母； 21：横向压紧螺杆；

22：横向压紧螺母； 23：油箱。

具体实施方式

本实用新型提出一种变压器异常振动实验装置，其应用于一变压器，该变压器具有油箱，该油箱内设有缠绕有绕组的铁芯，该实验装置包括振动发生单元、振动探头及振动信号处理分析仪，其中，该振动发生单元与该变压器模型电连接，振动探头设于该变压器模型上，振动探头通过信号线与振动信号处理分析仪连接，振动探头将检测到的利用振动发生单元产生的变压器模型的振动信号转换成模拟电平信号，并经由信号线传送至振动信号处理分析仪。进一步地，该振动发生单元包括模拟直流偏磁影响的直流偏磁实验单元、模拟谐波影响的谐波实验单元及模拟松动影响的松动实验单元的任意组合，以便于利用该实验装置模拟直流偏磁、谐波以及铁芯和绕组松动引起的各种振动。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。

如图1所示，其为本实用新型的一具体实施例的实验装置的结构框图，其中，实验电源1与变压器模型2电连接，实验电源1采用380V三相四线交流电源供电，并采用400V/200kVA三相调压器进行升降压调节。变压器模型2为自制的变压器，高低压电压比设计为10/0.4kV，容量为200kVA。在变压器模型2的油箱上设有振动探头8，用于探测变压器模型2的振动信号并将其转换为模拟电平信号。振动探头采用振动PCB传感器，例如型号352C33（灵敏度100mV/g，频率范围0.3Hz-15kHz，量程±50g）。振动信号处理分析仪10通过信号线9与油箱振动探头8连接，并对沿信号线传递的模拟电平信号进行处理分析。振动信号处理分析仪10采用带有多通道高精度采集模块的分析仪，例如型号NIPXIe-4499（1个16通道24位204.8ksps采样率的同步多功能数据采集模块，具有2个InfiniBand连接器，每个连接器携带8条输入通道，分辨率24bits，电压范围-10V-10V）。信号线9采用BNC接头的屏蔽电缆，例如型号080A27。

本实施例中，该变压器异常振动实验装置具有模拟直流偏磁影响的直流发生器4。直流电流发生器4采用最高输出电压50V，输出0-40A的直流电流源。直流电流的注入方式如图2所示，直流发生器4的负极（或正极）与实验电源1的中性点11连接，正极（或负极）与变压器模型2的中性点12连接，并且在直流发生器4的两极间并联有用于滤波稳压以保护直流发生器4的电容器13，电容器13采用1000pF耦合电容器。直流发生器4向变压器模型2的交流回路中注入不同大小的直流电流，从而模拟出直流偏磁的情况。

在实验电源和变压器模型之间依次连接有谐波发生器3、谐波分析仪6以及录波仪7。其中，谐波发生器3采用基于DSP控制的逆变器型电能质量干扰发生器，其用于产生不同频率的谐波，从而模拟谐波影响。谐波分析仪6用于测量谐波发生器3所产生的谐波。作为谐波分析仪6，优选采用多通道、高精度、符合IEC61000-4-30A级标准的便携式电能质量分析仪，例如Fluke1760电能质量分析仪（8通道，采样精度0.2%）。录波仪7用于记录电压和电流波形。作为录波仪7，优选采用多通道、高采样率、宽频带、可存储、可FFT分析的录波仪或示波器，例如泰克TDS2004C数字存储示波器（4通道，有源彩色显示器，带宽70MHz，采样率1.0GS/s，记录长度2.5k）。

在谐波分析仪6和录波仪7之间优选连接有电压电流损耗测试仪5。电压电流损耗测试仪5采用电压量程0-400V，电流量程0-30A，带宽200MHz的精密功率分析仪，例如日本YOKOGAWA WT3000型精密功率分析仪。其用于测量电压电流和损耗。

本具体实施例中，该实验电源1和变压器模型2之间采用三相连接线供电，谐波发生器3的三条三相输出线分别并入该三相连接线；谐波分析仪6的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；录波仪7的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；电压电流损耗测试仪5的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线。

下面结合图3～图5对变压器模型2的内部结构进行详细地说明。其中，将图3中的上下方向即铁芯14的高度方向设为Y方向，将与Y方向垂直的左右方向即铁芯14的宽度方向设为X方向，将与X方向和Y方向都垂直的方向即铁芯14的长度方向设为Z方向。

在变压器模型2内，绕组15缠绕于铁芯14，铁芯14由铁芯夹件16夹持固定。铁芯夹件16由四根沿Z方向相互平行地设置的杆状部件构成并夹持铁芯14。在Y方向上相邻的两根杆状部件设有沿Y方向的纵向压紧螺杆19，并在该纵向压紧螺杆19上螺合有纵向压紧螺母20。通过纵向压紧螺杆19和纵向压紧螺母20将Y方向的上下的两根杆状部件连接，并且利用绕组压紧垫块18从上、下两个方位夹持各个绕组15。通过调节纵向压紧螺母20可以对绕组15的预紧力进行调节，从而能够模拟绕组15松动的情况。在X方向上相邻的两根杆状部件设有沿X方向的横向压紧螺杆21，并在该横向压紧螺杆21上螺合有横向压紧螺母22。通过横向压紧螺杆21和横向压紧螺母22将X方向的两根杆状部件连接，并且协同夹持铁芯14。通过调节横向压紧螺母22可以对铁芯14的预紧力进行调节，从而能够模拟铁芯14松动的情况。

如图6所示，变压器模型2被固定放置在油箱23中，而且，油箱23内注入有绝缘油。在油箱23的顶部设有用于引出信号线9的开口。与信号线连接的振动探头8设置在铁芯14的相互垂直的三个方向上。由于振动探头8及信号线9浸入绝缘油中，所以振动探头8和信号线9应密封良好，且耐油腐蚀。本实施例中，该振动探头8优选贴设在铁芯的低压部分，使得绝缘距离更小。

下面对利用如上所述构成的变压器异常振动实验装置进行实验的具体方法和步骤进行说明。

首先如上所述搭建实验装置。通过调节纵向压紧螺母20和横向压紧螺母22，来设置变压器模型的铁芯松动或绕组松动的情况。将振动探头8设置在铁芯14的相互垂直的三个方向上，并利用信号线9连接到振动信号处理分析仪10。向变压器模型油箱23中注入变压器油。接着，接通实验电源1，按照实验需要打开谐波发生器3或直流电路发生器4并对它们进行设置，以模拟谐波影响或直流偏磁影响的情况。然后，利用谐波分析仪6、电压电流损耗测试仪5、录波仪7以及振动信号处理分析仪10进行记录及显示。

另外，本实用新型不限于上述实施方式，可以对其进行适当变更。例如，可以利用其他具有相同功能的仪器来代替在本实用新型中所使用各种仪器。上述实施方式中的变压器模型为三绕组变压器，但也可以使用其他结构的变压器，例如双绕组变压器等。在上述实施方式中，振动探头设置于铁芯上，也可以根据需要将振动探头设置在绕组上，或者直接设置在油箱上。当然也可以在这些位置都设置振动探头。

Claims

1.一种变压器异常振动实验装置，其应用于一变压器，该变压器具有油箱，该油箱内设有缠绕有绕组的铁芯，该实验装置包括振动发生单元、振动探头及振动信号处理分析仪，其中，该振动发生单元与该变压器模型电连接，振动探头设于该变压器模型上，振动探头通过信号线与振动信号处理分析仪连接，该振动发生单元包括模拟直流偏磁影响的直流偏磁实验单元、模拟谐波影响的谐波实验单元及模拟松动影响的松动实验单元的任意组合，振动探头将检测到的利用振动发生单元产生的变压器的振动信号转换成模拟电平信号，并经由信号线传送至振动信号处理分析仪。

2.根据权利要求1所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述直流偏磁实验单元包括向变压器的交流回路中注入不同大小直流电流的直流发生器。

3.根据权利要求2所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述直流发生器的一极与实验电源的中性点连接，另一极与变压器的中性点连接，并且在直流发生器的两极间并联有电容器。

4.根据权利要求1所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述谐波实验单元包括能够产生不同频率谐波的谐波发生器。

5.根据权利要求4所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括对由所述谐波发生器产生的谐波进行分析的谐波分析仪以及记录电压、电流波形的录波仪或示波器。

6.根据权利要求1所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述松动实验单元包括所述变压器的油箱内设置的用于夹持铁芯的可调节的铁芯夹件，通过调节该铁芯夹件能够模拟铁芯松动或绕组松动状态。

7.根据权利要求6所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述铁芯夹件包括纵向调节结构和横向调节结构，所述铁芯夹件包括四根杆状部件，缠有绕组的铁芯夹持于四根杆状部件之间，所述纵向调节结构包括在沿铁芯高度方向的两根杆状部件之间设置的纵向压紧螺杆和纵向压紧螺母，所述横向调节结构包括在沿铁芯宽度方向的两根杆状部件之间设置的横压紧螺杆和横压紧螺母。

8.根据权利要求1所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述振动探头贴设于所述变压器内的所述铁芯上，所述信号线穿过设于所述油箱的顶部的开口连接所述振动探头与振动信号处理分析仪。

9.根据权利要求1所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述振动探头贴设于所述铁芯的低压部分的三个垂直的面上。

10.根据权利要求3所述的变压器异常振动实验装置，其特征在于，所述谐波实验单元包括谐波发生器、谐波分析仪、录波仪以及电压电流损耗测试仪，其中，所述实验电源和变压器模型之间采用三相连接线供电，谐波发生器的三条三相输出线分别并入该三相连接线；谐波分析仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；录波仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线；电压电流损耗测试仪的三条三相电压信号线分别并入该三相连接线，三条三相电流信号线分别串入该三相连接线。