[发明专利]配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及配电网变压器故障诊断技术领域，具体涉及一种利用双谱奇异值分解法的配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，进而实现配电变压器铁芯的故障诊断，特别是一种配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法。

背景技术

配电变压器的维护方式可划分为事后检修、计划检修和状态检修三种。由于国内电力公司早期对配电网的重视度较低，对于配电变压器的维护工作采用的是事后检修和计划检修相结合的管理模式。这种检修管理模式有一定的科学合理性，在一定程度上能保障供电可靠性。但事后检修受制于客观原因，随机性较强，只能被动抢修；计划检修则按照规程定期维护，到期必修，忽略了个体设备的实际情况，存在盲目性和强制性，极易造成人力物力的巨大损失。统计表明，铁芯作为配电变压器主体，故障率较高，因此展开配电变压器铁芯故障诊断方法的研究，为配电变压器铁芯运行状态的在线监测、故障诊断以及状态检修工作的展开都具有指导性意义。

目前多采用油色谱分析（DGA）和电气测量这两种传统方法对变压器铁芯故障进行诊断，主要用于判断运行中的变压器是否存在两点或两点以上接地故障。而近年来研究学者提出的利用振动信号实现变压器铁芯的故障检测，已成为目前的研究热点。

1．油色谱分析法（DGA）

油浸式变压器主要利用油来实现绝缘和散热的功能，变压器油在运行过程中，会由于电热作用逐渐老化分解，并产生少量CO、CO2气体以及低分子烃类。当变压器内部发生故障时，局部过热和局部放电现象随之产生，使得油和绝缘纸产生氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等气体。DGA即是通过分析变压器油中溶解气体的成份含量来判断变压器是否发生故障。

2．电气测量法

（1）测量铁芯绝缘电阻。将变压器停电，并断开引至油箱外部的铁芯接地线及夹件接地片，使用2500V兆欧表，分别测量铁芯和夹件的对地绝缘电阻，若测得的绝缘电阻大于10000MΩ并且与以前的测试结果无显著差异，则表明铁芯没有发生多点接地故障；反之则有可能发生多点接地故障。

（2）测量接地线中的环流。变压器正常接地时，即铁芯单点接地情况下，并无电流回路，此时接地线上的电流几近为零；当铁芯发生多点接地故障后，短路匝内将产生环流流通。因此可使用高精度钳形电流表，直接测量运行状态下变压器铁芯接地引出线处接地电流值，一般大于0.1A即可判断铁芯存在多点接地。

3．振动分析法

配电变压器油箱表面的的振动主要是由绕组和铁芯的振动引起的。而稳态运行的配变铁芯的振动原因可归纳为：由硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动；由铁芯硅钢片缝隙间的漏磁产生的电磁吸引力引起的振动。随着铁芯制造工艺的提高，例如堆叠方式的改良（采用阶梯接缝）、采用环氧玻璃粘带绑扎铁芯柱和铁轭等，使得铁芯硅钢片缝隙间的漏磁产生的电磁吸引力引起的振动要比硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动要小的多，因此配变铁芯的振动主要成分可认为是硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动。

铁磁性物质在外磁场作用下，引起其尺寸伸缩，而撤去外磁场后，又可恢复原状的现象即为磁致伸缩现象。配电变压器铁芯振动主要就是由硅钢片磁致伸缩现象引起的。铁芯在励磁电流作用下产生在铁芯内部流通的主磁场，使得硅钢片沿磁力线方向尺寸增加，而垂直于磁力线方向尺寸缩小。由磁致伸缩引起的铁芯振动加速度可表示为

式中：为硅钢片最大伸缩量；为硅钢片原始尺寸；为铁芯横截面积；为饱和磁感应强度；为磁通变化的角频率，；为变压器一次侧电压峰值，N₁为变压器原边绕组匝数。在变压器施加电源电压不变的条件下，可知道铁芯振动的强弱主要取决于磁致伸缩效应。而铁芯磁致伸缩效应主要影响因素包括：磁感应强度、硅钢片表层绝缘厚度、材质、温度以及制造工艺等。因此铁芯多点接地、铁芯压紧的变化、铁芯变形以及硅钢片表层受损等情形都会造成铁芯振动加速度信号的改变。