基于试验模态方法的10kV油浸式变压器振动状态分析

基于试验模态方法的10kV油浸式变压器振动状态分析

谭奋超

谭奋超

广东立信电力服务有限公司528500

摘要：文章主要针对基于试验模态方法的10kV油浸式变压器振动状态进行分析，结合当下10kV油浸式变压器发展现状，从试验模态原理、试验模态测试系统方面进行深入研究与探索，主要目的在于更好的推动10kV油浸式变压器的发展与进步。

关键词：试验模态；模态分析；油浸式；变压器；振动状态

在电力系统中，变压器有着较为重要的作用与意义，其运行稳定性对于供电系统供电质量有着直接影响。在变压器运行期间，自身的振动在形成噪音时，还会对内部结构造成损伤。而当前也没有对其进行整体的试验模态分析。其中模态分析可对其结构固有振型与频率进行明确，并以此为基础为结构化设计提供数据支持。同时试验模态还对有限元分析精准性实时校正处理，进而创建完善的电压器动力学模型，所以针对变压器进行试验模态分析极为重要。

一、试验模态原理

在进行试验模态分析期间，可有效明确变压器实际的阻尼比、模态振型以及固有频率等。而其主要是通过系统输入与输出之间的关联，明确系统具有的特征。在测试期间需要明确频率对应的函数，在通过频率对相应函数分析明确模态参数。而多自由度系统，则需要其输入与输出之间符合相应的数学关系。

从机械结构角度分析，主要对加速传感其检测的加速度相应进行运用，通过力传感器检测激振力，并对加速度傅立叶变换与力傅立叶变换比值进行分析，也就是频率响应函数，进而获得较为精准的系统阻尼比、模态振型与固有频率等较为基础参数。

结合模态分析理念，对各种模态参数进行识别期间，需要最少掌握频率相应函数矩阵之中的某一列与行。而与之呼应的测量方法主要可分为单点拾振法与单点激振法，使用这些方法可较好获得频率响应函数中的某一行某一列。

二、模态检测系统

在对10KV油浸式变压器振动状态进行试验模态期间，主要对脉冲力锤锤击方法进行使用，其中因为试验期间传感器数量较为受到相应约束与限制，因此对单点激振方实施全面的实验检测工作。另外，在实验期间，通过德国生产的软件与硬件创建良好的试验检测系统，对变压器各种模态参数进行全面识别。同时根据实际需求对测量设备数据信息与加速传感设备体积力锤等主要参数等进行明确与记录。

在进行试验期间，需要相关工作人员选择具有较强柔软度的橡胶锤头，而锤头与结构之间也应保持较长的接触时间，这可有效促进低阶模态的形成。选择敲击点时，应在10KV油浸式变压器刚度较大顶面实施测点处理。另外电压式加速传感设备则通过磁座模式进行安全处理，为在试验期间不断移动传感器位置提供便捷条件。在敲击工作中，该应最大限度的保证传感其连线相对于传感器而言较为稳定，并防止出现电缆拧转与弯曲现象的出现。

在每次测量期间确保敲击三次，而敲击力度大小应保持一致，对于力信号与加速度信号应分别添加力窗与指数窗，其中有效宽带应为800Hz，采样频率为2048Hz，谱线实际参数为1600，频率分辨率为0.5Hz。想要确保实验数据具有较强的精准性，还应保证试验频率响应函数需要高于0.8。

结合油浸式变压器油箱结构体特点与有限元分析方法，确保布点期间在防止遗漏基础模态的同时，具有较强的便捷性。同时在变压器油箱上通常需要分布104个检测点，而在变压器散热片处需要设置8个随动检测点。

三、数据分析

（一）固有频率

以10KV油浸式变压器油箱上测点检测分析数据为基础进行研究，进而明确各测点的固有频率特征。而由于测点较为丰富，因此仅仅具有较强代表性的测量进行分许与研究。同时由于变压器结构等特点，因此仅仅需要对于变压器箱体垂直方向进行分析，并对其600Hz中的加速度频率加速频率相应曲线进行绘制。

通过对各检测点固有频率特性曲线进行分析可以发现，变压器频率响应函数峰值具有较强的集中性，而固有频率也相对较多，其主要原因为油浸式变压器结构有着较多自由度，检测到的固有频率为变压器冷却系统的同时，也为变压器自身，也就是有绕组以及变压器铁芯。

对变压器正面测点固有频率进行分析，其峰值通常分布在19Hz、48Hz以及78Hz所在位置，同时频率特性幅值在所有检测数据中相对较高；在变压器背面选择的两个测点中，其固有频率分别在480Hz与550Hz位置出具有较高的峰值，另外还存在着190Hz固有频率。其中这两侧检测点主要位于油浸式变压器的高压位置与低压位置，其结构有着明显的差异，这也导致了固有频率的不同，而且高压位置测点频率特性幅值远远高于低压位置测点的频率特征幅值。在根据其最终会检测数据分析可以发现，变压器变压结构与固有频率具有直接的关联，各侧点固有频率也极具不同，由于侧点结构的差异，也逐渐出现了148Hz、190Hz等固有频率。

变压器表面表面的振动通过是变压器自身与冷却设备等振动逐渐形成的，相关研究表明，在低于100Hz时，通常有冷却装置集中引起了基础振动。因此，这也表面了20Hz、48Hz、80Hz固有频率主要是以冷却系统为基础所形成的。同时在变压器稳定运行期间，硅钢片磁力伸缩使得铁片出现振动，而负载电流自身的电场力则导致了绕组振动。另外，绕组与铁芯的振动通常是根据2倍频率为基础，因此明确变压器固有频率是否处于100Hz以及其各倍数位置，可有效防止变压器在部件松动以及老化等因素影响下导致固有频率在运行频率附近对变压器运行稳定性与安全性造成相应的影响。

（二）模态模型分析

通过相关数据可以发现，在进度第一阶段振型期间，整体主要体现为左右俯仰；进度第二阶振型时，整体展示出扭转现象；进入第三阶振型期间，整体变现与第一阶段振型较为相似；而在进入第四阶段振型时，其主要为局部模态，并体现出变压器各侧面向着中心扭动，也就是变换器散热结构局部出现振动与变形。而其他高等级模态与第四阶段模态较为相近，并通常表现出散热片局部模态。根据阵型图分析也可以发现，变压器顶部与各拐角位置振动等级相对较小，其主要原因为顶部与拐角刚度较大，同时顶部与绕组相连接，承担着铁芯与绕组的所有重力，知识结构极具稳定性。

变压器主要时通过各种部件共同组合而成的具有较强自由度的弹性复合结构，而各个组件都有着属于自己的固有频率，而进行试验模态检测的整体频率通常是各种部件固有频率之间相互影响逐渐形成的最终结构。通过实验模拟结果等数据信息可以发现，10KV油浸式变压器主要在600Hz范围中固有频率较为集中，其主要原因为变压器结构有着较强的自由度。另一方面，当变压器固有频率保持在100Hz以及其倍数范围内时，也正是变压机运行频率的频率倍数附近，因此提高了变压器整体共振频率发生几率，使得变压器运行安全性受到直接的影响。

结语：

综上所述，通过试验模态方法对变压器振动状态进行研究可以发现，在其长时间运行时，结构的松动经常会导致变压器自身固有变频与工作频率较为相似，进而使得其安全运行受到影响，因此需要定期对变压器进行养护与维修。

参考文献：

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