短路条件下电力变压器绕组轴向振动分析

近年来电力变压器损坏的事故呈上升趋势,部分短路事故表现为绕组在短路轴向力作用下出现松动和变形。本文对变压器短路时绕组的轴向稳定性进行了理论上的研究,建立了绕组轴向振动多自由度数学模型,计算分析了绕组轴向振动动态响应特性,讨论了绕组轴向稳定性的影响因素,提出了增强绕组轴向稳定性的措施方法。     

短路条件下变压器器身轴向振动的分析

基于电力变压器绕组轴向振动的质量弹簧系统数学模型并考虑变压器绕组的轴向振动的非线性特点,简化计算模型。本文针对一台型号为DFP1-240MVA/500kV的电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、夹件和拉板组成的电力变压器器身振动的仿真模型,分别计算了变压器绕组和器身在不同轴向预紧力作用下的固有频率和振动型态,得出了轴向预紧力的变化与其轴向振动固有频率变化之间的关系。同时对短路条件下绕组轴向动态短路力所产生的器身轴向振动进行了分析。分析结果表明:短路时存在以50Hz和100Hz为基频的短路力,如果变压器的固有频率接近这两种频率及其倍频,会发生谐振,使振动位移变大,降低变压器结构的稳定性。     

基于振动偏离及加权熵的多次短路冲击下变压器绕组机械形变辨识

为了研究变压器绕组在多次短路冲击的累积效应影响下逐步机械形变问题，开展了多次110 kV真型变压器短路试验，采集了振动暂态信号和轴向压力稳态值，分析了历次短路过程中振动偏离和加权时频谱熵的变化趋势。结果表明，累积效应导致的绕组机械劣化会使振动加速度偏离未形变状态基准值，且加权时频谱熵增大；结合材料力学及绕组轴向振动动力学模型，推导出当振动加速度呈正偏离时，短路侧绕组形变形式为轴向外凸膨胀，反之为轴向内凹压缩的关联规律。最后提出并验证了一种基于振动偏差模值及加权时频谱熵联合分析的绕组形变辨识方法，该方法较传统阻抗法能够在绕组早期微小形变时更早发现机械稳定性下降。研究结果对变压器绕组形变预警具有一定指导意义。     

用有限元方法分析电力变压器绕组轴向稳定性

针对电力变压器绕组轴向稳定性的计算方法中,"质量—弹簧—阻尼"集中参数法无法考虑绕组的弯曲变形和垫块的数量、宽度对轴向稳定性影响的问题,采用有限元的方法计算绕组各线饼短路情况下的电动力,以此作为绕组轴向振动的力载荷分析绕组的轴向稳定性,得出了绕组各线饼的位移分布,在绕组轴向振动分析中既考虑了垫块的材料属性,又兼顾了垫块沿周向分布的特点。结果表明,绕组在短路情况下既存在轴向平移,也存在弯曲变形,最大位移出现在绕组上下端部,通过增加绕组周围垫块的数量和宽度可以减小绕组的变形量。     

变压器绕组轴向振动模型及固有振动特性影响因素研究

大型电力变压器绕组的固有振动特性影响其在短路冲击电流下的振动响应及抗短路能力。为了弄清楚固有振动特性与绕组机械参数间的关系,文中建立了计及压板和线圈的绕组轴向振动“质量—弹簧—阻尼”模型,提出了等效质量、刚度和固有振动特性的计算方法。在此基础上,分析了一台SFSZ8-40000/110变压器低压绕组的模态频率和振型,研究了垫块弹性模量、数量和端圈垫块厚度等因素对绕组固有振动特性的影响规律。研究结果表明,绕组各阶轴向振动模态频率之间满足倍数关系,各阶频率对应的振型为绕组不同位置线饼沿轴向的同向和反向振动;模态频率随垫块弹性模量、数量的增大而增大,端部振动位移随端圈垫块厚度的增大而增大。研究结论可为进一步计算绕组动态响应和抗短路能力校核提供重要依据。     

双分裂高厂变绕组轴向失稳分析

从轴向力的角度对双分裂高厂变6kV一分支出口短路时绕组轴向失稳的原因进行分析，双分裂绕组轴向布置时当一分支出口短路另一分支绕组母线上接有大客量异步电动机而进出反馈电流时、由于磁场发生畸变使轴向分布安匝极不平衡．导致产生较太的轴向力，致使绕组轴向失稳；并提出建议：双分裂绕组采取径向布置。同时加强对轴向布置绕组动态力研究．并不可忽视振动的危害。     

油浸式变压器绕组振动影响因素研究

变压器绕组振动信号能够反应其绕组运行状态。为了研究变压器绕组振动的影响因素,在分析绕组振动产生机理的基础上,将负载电流和轴向预紧力对绕组振动的影响进行了理论分析。采用短路电流法对变压器在不同电流下的振动信号、温升实验下的连续振动信号进行了测试,并进行了模拟绕组松动故障测试。测试结果与理论分析一致:绕组振动随负载电流的增大而增强,随轴向预紧力增强而减弱,随温度上升而下降。结果可对进一步研究基于振动信号的变压器故障诊断技术提供参考。     

电缆变压器短路时绕组轴向振动特性的探讨

建立了电缆变压器绕组轴向振动模型,以分析绕组在瞬态短路电磁力作用下的响应问题。     

计及磁—机耦合效应的变压器绕组短路振动特性研究

变压器短路过程中线圈位置的变化可影响漏磁场和绕组受力。为研究绕组电磁力和振动之间的耦合作用,文中基于镜像法,建立了变压器绕组漏磁场和电磁力的计算模型,计算了短路冲击下漏磁场和电动力分布。基于绕组弹簧—阻尼轴向振动模型,研究线饼的位移对绕组受力的影响,构建了变压器短路振动的电—磁—机械耦合模型。最后分析了短路电流和压紧力对振动响应的影响。计算结果表明,考虑耦合后,振动信号在频域上表现出较高的分散性,相较于静态计算,动态计算短路力修正系数为1.196。文中提及的短路振动分析模型,有助于形成变压器抗短路能力的动态评估方法,有效提升在运变压器的运行可靠性。     

220kV电力变压器短路动力学性能分析

电力变压器突发三相同时短路时,短路电流对变压器绕组动稳定性影响重大。笔者针对一台220 kV等级电力变压器,基于有限元电磁—结构耦合计算,运用动力学原理,研究短路电磁力作用下的低压绕组机械强度及变形过程。在电磁分析中,计算了各绕组的轴向和辐向电磁力,确定绕组中承受电磁力最大的线饼;在辐向应力应变分析中,以电磁力为激励,对选定绕组进行瞬态动力学计算,得出线圈的辐向动态应力及位移;在绕组轴向振动分析时,考虑线饼间绝缘垫块弹性模量,分析线饼轴向动态力和轴向位移。分析结果为变压器绕组短路强度校核提供参考依据。     

变压器绕组轴向预紧力对绕组轴向振动特性的影响

根据变压器绕组的实际结构特点,建立了绕组轴向振动数学模型,研究了变压器适中时绕组轴向振动的非线性特性,分析了不同绕组预紧力下线饼轴向位移量、绕组对端压板的作用力随 适中电流、绕组分接区大小的变化规律。     

电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电动力引起振动。在“磁—路”耦合模型中 ,电路参数的不同取值对应于变压器的不同运行模式———空载、常态和短路。分析结果表明 ,内绕组在径向受到压力 ,外绕组在径向受到张力 ,内、外绕组轴向电动力比径向力小很多 ,而相邻线饼或线匝间存在相互挤压力。尤其在短路条件下 ,巨大的电动力将使变压器线圈产生变形 ,其局部或整体受到破坏 ,最后导致变压器发生故障。     

电力变压器绕组轴向振动稳定性分析

研究了变压器绕组的机电耦合振动稳定性问题,建立了变压器绕组轴向机电耦合的动力学模型。将变压器绕组的漏磁场简化成二维磁场,得到其解析解,采用机电耦合系统的Lagrange方程,分析得到变压器绕组机电耦合的非线性振动方程,以及简化的耦合振动方程。应用动力学理论分析载流的变压器绕组轴向振动的稳定性,得到了模型变压器绕组主要设计参数的稳定域和不稳定域,分析大电流引起变压器绕组失稳的机理。     

短路条件下电力变压器绕组轴向振动等效单自由度分析

建立了变压器绕组安匝平衡时轴向振动等效单自由度分析数学模型 ,研究了绕组轴向振动动态特性 ,讨论了轴向预紧力、绝缘垫块性能等参数对绕组轴向动态特性的影响。文中所得结论为增强变压器绕组轴向稳定性提供理论依据。     

考虑残余应力的大型电力变压器绕组短路强度计算与分析

在电力变压器绕组绕制过程中,绕组截面存在部分残余应力,会对绕组抗短路强度产生不利的影响,现有电力变压器绕组短路强度研究没有对该部分应力予以考虑。推导了圆环形绕组绕制过程中产生残余应力的计算模型,以试验变压器为例对内绕组的辐向短路强度进行了仿真计算,考虑了绕制过程中产生残余应力的影响,并采用国家标准中部分强度考核指标进行了对比校验,结果表明绕制过程中产生的应力同时包含压缩和拉伸分量,残余应力对电力变压器抗短路强度有不利的影响,对环形压缩应力影响较小,对辐向翘曲应力影响较大;所提变压器绕组短路强度计算模型能够考虑残余应力的影响,通过对比试验测量值验证了数值计算模型的准确性。     

基于系统等值阻抗的变压器抗短路能力核算

为评估在运的大型电力变压器抗短路能力水平,确保电网安全稳定运行,文章提出了一种基于系统等值阻抗的变压器短路电流核算方法。在对变压器高中侧的外部系统进行等值基础上,通过已知的母线短路电流和变压器参数反推系统的等值阻抗,然后根据系统阻抗和变压器参数求得各种短路情况下流过变压器的短路电流。仿真及实例验证说明了算法的准确性,应用算法可以实现对变电站各种方式下短路电流的快速批量计算。使用文章提出的方法对母线短路电流、变压器并联数量等因素对变压器短路电流的影响进行了分析,并结合制造厂提供的短路电流限值对变压器的抗短路能力进行评估,为生产管理部门的技术改造提供技术参考。     

多绕组变压器复合短路阻抗的求解方法

给出了复合短路阻抗的定义 ;提出了求解单相多绕组变压器复合短路阻抗的方法 :用常规的方法准确计算变压器所有两绕组间的短路阻抗 ;用论文中推导的公式计算变压器的导纳矩阵 ;利用各种短路工况所决定的端口条件 ,求解由上述导纳矩阵决定的多绕组变压器电压与电流关系线性方程组 ,获得变压器各绕组的电压、电流 ;利用这些已知的电压、电流 ,最后求得短路工况所决定的变压器复合短路阻抗。以我国最近研制成的 30 5km/h的高速电力机车主变压器为例 ,给出了各种复合短路阻抗的计算值和试验值。结果表明论文所提出的方法是正确的 ,有实用价值     

基于优化TQWT和LE的变压器绕组状态检测

为实现短路冲击下变压器绕组状态的准确检测,提出了优化可调品质因子小波变换(TQWT)和拉普拉斯特征映射(LE)相结合的方法对变压器短路冲击下的振动信号进行分析。提出归一化奇异值熵作为TQWT分解过程中关键特征参数的选取准则,然后对TQWT分解后的振动信号子带能量序列进行LE,用以获取表征绕组状态的振动信号敏感特征。对某110 kV变压器短路冲击试验下振动信号的计算结果表明：优化TQWT算法可有效提高短路暂态振动信号分解的准确性,经LE获取的振动信号敏感特征可更加清晰地反映变压器绕组机械状态的劣化过程。当特征向量距离的变化超过3倍时,需要重点关注变压器绕组状态,从而为变压器绕组状态检修策略的制定提供依据。