油浸式变压器绕组振动特性研究

变压器外壳的振动信号是反应变压器运行状态的有效信息。为研究正常运行变压器绕组的振动信号特征,在分析变压器绕组振动原理的基础上对振动频率及加速度幅值两大特征量进行了讨论。并采用短路电流法进行变压器绕组振动信号测试,统计分析了不同型号、不同容量变压器绕组振动信号的频率分布和振动加速度幅值特点,测试结果与理论分析一致,正常状态下变压器绕组的振动信号频率集中在100Hz;B相绕组的所受电动力大于A、C两相,B相振动加速度幅值最大。本文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。     

电力变压器振动产生机理及影响因素研究

为了研究变压器振动的产生机理,针对饼式绕组结构的油浸式电力变压器,利用铁心和绕组的数学模型,分析了振动产生机理、合成过程以及不同运行工况对振动特性的影响。搭建了基于压电式振动加速度传感器的振动测试平台,针对变压器进行了空载、负载、功率因数、三项不对称度以及油温等变压器运行工况因素对于变压器振动特性影响规律的试验。结果表明:变压器最大分接时的基频振动分量大于额定分接时的基频振动分量;铁心以及绕组产生的振动信号在传递过程中并非线性叠加,箱体振动中基频分量随功率因数增加而增大;三相不对称运行状态下的变压器振动信号中存在50、150以及250Hz分量;变压器箱体振动随油温上升呈线性增长趋势,且温度系数在0.005~0.035的范围内与变压器容量无关。研究结果为基于振动信号分析的变压器监测技术的进一步发展提供了参考。     

油浸式电力变压器绕组与铁心振动特性研究

利用变压器振动测试系统,对在变压器油箱表面测得的铁心及绕组的振动信号进行研究.在理论研究影响铁心及绕组振动各因素的基础上,实验验证了在空载状态下油箱表面测得的,铁心振动信号的基频幅值与施加电压的平方以及绕组振动信号的基频幅值与流过绕组的负载电流平方都呈较好的线性关系.指出了铁心振动信号中含有高次谐波含量,且与施加电压的平方不存在线性关系,而绕组振动信号主要集中在100Hz处.提出了电网电压波动较大时必须考虑空载电压大小对铁心振动的影响,评价绕组的振动水平时必须考虑负载电流的大小.研究内容对于振动信号分析法的推广应用具有重要意义.     

基于振动特征的变压器的故障诊断

变压器振动的主要来源是铁心和线圈振动,铁心与绕组故障引发变压器振动信号变化,故障类型不同信号变化不同.基于自主设计的变压器振动信号采集系统,采集不同故障状态下的变压器振动信号.由于变压器振动信号噪声较多,首先采用基于遗传优化的匹配追踪算法对信号稀疏表示去除噪声,然后对降噪后的不同故障类型信号进行分析处理,最后确定故障诊断方法.研究表明:箱体振动的基频反映铁心的故障,高频分量所占比例反映绕组的故障.一旦出现铁心故障,基频分量会发生明显的改变,运用快速傅里叶变换计算主频幅值的能量即可诊断出铁心故障;绕组发生故障后,会产生大量的高频分量,运用小波-高低频能量算法求取高低频包络谱,对比低频分量与总能量的比值,即可确定故障为绕组垫块脱落故障.     

突发短路条件下变压器绕组振动特性的仿真研究

为了研究小容量电源条件下变压器绕组在短路冲击下的振动特性,建立了基于冲击电流发生器的变压器短路冲击振动试验平台,根据一台单相10/0.4kV变压器的结构参数,利用场-路耦合的有限元算法,获得了短路冲击下变压器绕组的电流变化规律,并与试验结果进行对比,验证了仿真方法的正确性。在此基础上,提取高低压绕组端部、中部线饼轴向电磁力的变化规律,利用瞬态动力学获得了高压绕组不同线饼在冲击电流下的振动响应。研究结果表明:三维有限元模型的场-路耦合算法可以准确地获得试验平台的电流特性;短路冲击下绕组轴向振动最大加速度位于绕组高度的1/4和3/4位置处,可以在油箱表面正对该位置的区域进行振动监测;绕组同一线饼中垫块间线匝振动加速度大于垫块所在位置的振动加速度;由于惯性,绕组轴向振动加速度最大值的时刻滞后于电流幅值最大的时刻。     

短路冲击下变压器振动频响函数研究

针对离线测试方法无法对遭受短路冲击后的绕组状态进行在线评估和诊断的问题,提出了一种利用冲击电流下绕组振动的频响函数来表征绕组机械状态的方法。该方法利用振动信号和冲击电流构建了单输入多输出的振动系统,通过自功率谱密度函数获得短路冲击下变压器绕组振动的频响函数,并利用相关系数对多次短路冲击下绕组振动频响函数的相关性进行分析。对一台220kV变压器短路冲击试验的研究结果表明,在多次短路冲击中,不同频响函数间的相关系数与相电抗的偏差之间存在一定的负相关关系,即相关系数随相电抗的偏差增大而降低,相电抗偏差越大,相关系数越低。该方法可以利用短路故障时的录波信息,通过绕组的振动频响函数和两次短路冲击的相关系数来表征变压器绕组的机械状态。     

风力发电机定子振动测试及响应分析

为了解决大型风力发电机组的振动和噪声问题,以某直驱型风力发电机为研究对象,使用加速度传感器对发电机定子在运行状态下的轴向加速度进行了测试。随后利用有限元软件建立等效模型,进行模态分析和响应分析,得到发电机定子的固有频率、振型和共振频率值,并将有限元仿真结果与测试结果进行分析。实测结果表明,在运行过程中,发电机定子在6点钟方向的轴向加速度远大于9点钟方向的轴向加速度,并且轴向加速度在发电机转速为9.5 r/min时达到峰值,模拟结果表明,发电机定子的响应频率为23 Hz,该频率为电机轴向加速度最大值相对应基频的3倍,并且在该频率下,发电机定子6点钟和9点钟方向的位移比值与实测加速度比值接近。该研究可为风力发电机的实际运行、振动测试和仿真模拟提供参考。     

同步发电机定子绕组匝间短路下电磁转矩和振动分析

在考虑气隙偏心的情况下,分析了定子绕组匝间短路后同步发电机气隙磁场的变化特征,得到该内部故障前后电磁转矩和振动的变化规律,特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征．应用场路耦合法分析了内部故障与偏心双重条件下的电机端电流第17阶和第19阶分量特征．通过动模实验实测了一台容量为7．5kVA的发电机定子绕组匝间短路时的定子垂直方向振动加速度信号并对其进行了离散频谱分析．结果表明,发电机定子绕组匝间短路后,其2倍基频振动加速度变化大,第17阶和第19阶谐波电流幅值可作为检测未发生或发生内部故障的电机的动态偏心严重程度的特征值     

变压器绕组对局部放电电磁波传播特性的影响

为了研究变压器绕组对局部放电电磁波传播特性的影响,根据一台330kV变压器绕组的实际结构,建立了变压器绕组仿真计算模型。采用时域有限差分法(FDTD)研究了局部放电发生在绕组内部和外部时,变压器绕组对电磁波时域波形幅值的衰减规律,以及在相同的条件下绕组对局部放电电磁波频谱分布的影响,并通过与无障碍空间中传播时局部放电电磁波的频率特性进行对比,得到了局部放电电磁波不同频率段的频率幅值和,及其在总频率幅值和中所占的比例。研究发现:绕组对内部放电和外部放电产生的局部放电电磁波传播特性的影响不同,绕组对内部放电产生的不同频率段电磁波的幅值有增强的作用,而且对1 000~2 500MHz高频段的增强作用比其他频率段强;绕组对外部放电产生的电磁波幅值有较强衰减作用,穿过绕组后电磁波的幅值至少衰减为无障碍空间时幅值的70%。     

基于隐马尔科夫模型的履带行走装置状态识别

针对驱动轮断齿故障对履带车行驶振动的影响,在实验室对小型履带车展开驱动轮正常、断齿状态的路面振动测试。基于隐马尔科夫模型(HMM)的状态识别方法,对履带行走装置在不同运行状态的振动信号进行分析识别,利用小波包分解求出各种状态在不同频带上的能量百分比作为HMM的输入特征向量,建立包含驱动轮正常、断齿两种状态的HMM模型库,把测试样本输入到HMM模型库中,依据最大对数似然值对运行状态进行识别。结果表明,该方法状态识别结果良好,识别率高达90%,对驱动轮正常、断齿两种状态的分类取得了理想的效果。     

基于动态核聚类分析的水轮机组故障模式识别

根据水轮机组振动故障与振动征兆之间复杂的非线性关系，总结了适用于水轮发电机组振动故障诊断的频谱特征表和振动部位幅值特征表；针对C-均值聚类易产生误分类问题，提出基于动态核聚类分析的水轮机组故障模式分类方法；对振动信号频率、振动信号幅值特征、振动部位进行分析，获得振动频谱征兆隶属度值，在此基础上，建立了基于故障分层的水轮机组运行状态自动诊断模型．工程应用实例表明：该模型的诊断效率是可行的，诊断结果具有较高的可信度．     

行星轮断齿故障传递特性分析

目的针对多级齿轮传动系统中行星轮故障信号微弱、难以识别的问题,利用传递特性分析挖掘故障信号的传递关系,提出行星轮故障信号的识别方法。方法以多级齿轮传动系统故障仿真试验台为研究对象,建立其三维刚柔耦合模型并进行ADAMS动态仿真,得到正常及行星轮断齿状态下各级齿轮副的接触力信号,利用试验台测试正常及故障状态下箱体的加速度信号。以接触力信号为输入,试验测试信号为输出,利用系统辨识方法计算得到系统正常及故障状态下的传递函数幅频响应曲线。结果与结论分析各传递路径的成分、幅值及贡献量发现,信号的耦合特性使得定轴齿轮箱中高速级啮合频率周围出现行星轮故障频率,提出利用故障的连带关系识别行星轮故障信号的方法。     

基于磁-热-流耦合的非晶合金变压器运行特征分析

非晶合金变压器绕组及其铁心一般采用矩形结构,其运行损耗引起的不平衡温升更易导致绕组绝缘劣化,影响供电可靠性。针对非晶合金变压器特殊的绕组结构,分析计算非晶合金变压器绕组温升,预测其热点温度,对矩形绕组结构变压器的设计优化和运行控制具有理论指导意义。本文基于三维磁-热-流多物理场耦合仿真计算和温升试验,以一台型号为SBH15-M-200/10的三相油浸式非晶合金配电变压器为研究对象,分析其额定负载下的运行特征,仿真计算各绕组的热点温度,并通过短路法温升试验对仿真结果的正确性进行了验证。研究表明：三维磁-热-流多物理场耦合计算非晶合金变压器绕组热点温度值与温升试验结果的相对误差小于5%,所研究非晶合金变压器绕组的热点温度出现在B相低压绕组的中上部,热点温度达到64.77℃     

基于Matlab的三相双绕组变压器的研究

变压器是电力系统中的主设备之一,对它的研究是很有必要的。本文用Matlab对三相双绕组变压器进行仿真研究。对变压器产生保护误动,空载合闸以及单相对地短路的原因进行仿真分析,在此基础上,对三相双绕组运行状态和故障状态进行研究,主要是对单相,两相短路和三相短路进行模拟仿真。指出在三相变压器里,三绕组变压器的特性及结构与双绕组仍然是基本一致的,即相当于两个双绕组变压器;变压器中的不对称现象是由外施电压的不对称和负载的不对称而引起的。这两种原因都将导致二次电压不对称。当发生短路故障时,将会影响变压器的正常运行。实验表明,本文不仅具有理论意义,而且具有实际意义。     

基于气-砂两相流振动信号特征分析的砂粒检测

气-固两相流中固相信息的实时检测广泛应用于工业中的各个方面,特别是天然气开采过程中面临的出砂监测问题.为了丰富现有固相颗粒监测方法和技术,本文通过分析气-砂两相流流动撞击管壁激励的振动信号特征,开展气井出砂实时监测室内研究.本文利用加速度传感器感受砂粒撞击管壁的一次信号,随后通过信号调理、采集并转化为所需出砂信息.通过设计室内实验,对不同流速下的气流信号、不同携砂流速下的气-砂两相流信号、不同出砂率下的气-砂两相流信号进行时-频特征分析,结果表明14.0～18.0,kHz频段内气流信号幅值波动稳定且幅值较小,该频段为气井出砂监测的特征频段.进一步增加砂流量率,发现特征频段内的振动能量随含砂率的增加而增加,进一步验证了该出砂特征频段的有效性,并建立了气体流速与振动能量关系数学模型.本研究方法为后续较复杂的水-砂两相流、气-砂多相流流体中的固相检测研究奠定了良好的基础.     

变压器套管容性故障对频响曲线的影响

为了研究套管容性故障对频响曲线的影响,以频率响应分析法为理论基础,建立了检测变压器绕组变形的测试系统,以套管电容性故障为例,引入相关系数作为判据,对发生套管电容性故障的变压器进行测量,并从理论上分析了激励源位置分别为套管导杆和末屏时的频响曲线变化情况。试验结果表明:频率为1kHz~1MHz时,通过导杆注入扫频信号得到的频响曲线对套管电容性故障并不敏感,基本不会发生改变;利用末屏注入信号时,该故障对频响曲线的影响较大,会出现频响曲线全频段的幅值升高,并在频率为1~25kHz时最为明显,使得相关系数出现较大偏差,造成对变压器绕组状态的误判,且该变化与绕组故障时的情况并不相同,具有较强的可辨识性。     

水泥混凝土路面脱空板的自振频率试验分析

水泥混凝土路面板脱空程度与其振动特征有较好的相关性,为准确获取路面板的竖向自振频率,通过布设传感器,获取不同脱空程度路面板在环境激励振动时程曲线及瞬态激励后的衰减自由振动波形,并对其分别采用傅里叶变换原理及最大熵谱法进行自振频率分析.研究结果表明,在进行自振频率测试及分析时应采用多种方法综合分析,以免造成误判;瞬态激励下路面板的振动幅值比环境激励情况下的振动幅值大,可以采用最大熵谱法对激励后的自由测试衰减振动进行分析,结果更为清晰准确.这些研究,可为今后路面板的脱空检测及自振频率分析提供一定参考.     

基于弹性波的碳纤维复合芯导线结构健康监测系统

碳纤维复合芯(ACCC)导线的结构不同于钢芯铝绞线(ACSR),传统的导线检测方法难以在ACCC导线上得到有效应用。为了保证电力系统运行的稳定性与可靠性,有必要对ACCC导线的结构健康进行快速、全面的检测。根据ACCC导线的结构与弹性波的传播特性,分析了弹性波的相速度、群速度及频散特性,采用虚拟仪器技术,提出了一种基于弹性波检测技术的ACCC导线结构健康监测系统。基于小波变换理论,分析了峰值到达时间的计算方法,研究了激励信号的波形、频率、幅值及波峰数的选择策略。根据弹性波的信号特征,进行了幅值衰减特性实验,研究了信号幅值随距离变化的规律与不同中心频率下的幅值变化特征,结果表明,激励信号的幅值在传播过程中随距离呈指数衰减。以ACCC/TW导线为实验对象,搭建实验平台,进行了损伤定位与损伤辨识,实验中定位的最大误差不超过4. 28 cm。通过比较损伤的实际位置与结构健康监测系统的输出结果,表明所研究的系统能够有效地对ACCC导线损伤进行定位并具有良好的精度。基于功率谱密度的分析方法,实验研究了不同频率和不同损伤条件下的信号特征。结果表明,通过分析功率谱密度曲线的特征,实现了对ACCC导线不同损伤状态的辨识。     

缸套-活塞间隙与振动信号关联维数的关系评价

利用发动机气缸套振动信号特征评价气缸套-活塞组件磨损状态,建立了发动机气缸套、活塞、曲柄和连杆机构的动力学模型并进行了动力学仿真.然后又进行了气缸套表面振动分析,并对所得到的振动模拟信号进行了基于关联维数的信号特征评价.结果表明,随气缸套-活塞组件磨损间隙的增加,振动信号幅值增大,气缸套表面振动加速度信号的自相关程度变大,气缸套表面振动信号的关联维数有下降的趋势,这些关联性可以作为发动机气缸套-活塞组件磨损状态评价的特征量.     

单列向心球轴承引发的非线性振动分析

根据滚珠轴承结构特点,研究单列向心球轴承转子系统运行过程中由轴承支承刚度变化引起的参数振动,并分析由轴承制造误差和安装误差造成的一系列强迫振动,总结系统中轴承引起的各类非线性振动的振动频率成分,最后在120MD60Y6型号电主轴上进行振动测试,对振动信号进行滤波提纯和频谱分析,结果表明:在低速条件下,单列向心球轴承引发的各种振动频率成分所占比重较大,其幅值随着转速的增加发生细微变化,但其幅值比重急剧下降。