探讨影响油浸式电力变压器振动的主要因素

近年来，变压器振动信号成为了油浸式电力变压器状态检测研究的重要方向。变压器振动信号不仅可以反映变压器的正常运行状态，而且还能够作为变压器故障诊断提供有力依据，便于维修人员优化制定维修策略。基于此，有必要对影响变压器振动的因素进行深入分析，以全面掌握变压器振动机理，从而准确识别潜在故障，及时发现和处理故障隐患。

1 油浸式电力变压器振动机理

变压器振动主要来源于内部构造，不仅包括由铁芯与绕组组成的本体构造，而且还包括有载分接开关和冷却装置。当内部构造产生振动后，会通过变压器油将振动传播到箱体表面。冷却装置的振动信号处于低频段（），有载分接开关的振动信号处于高频段（大于 100kHz），这两种振动信号频段与铁芯、绕组振动信号频段存在一定差异[1]。下面对铁芯、绕组振动的产生机理进行分析。

1.1 铁芯振动机理

变压器运行中受磁场的影响，使得铁芯本身发生一定的形态变化和体积变化，这是产生铁芯振动的根源所在。铁芯振动加速度直接影响振动信号频段，而铁芯磁伸缩是决定铁芯振动加速度的关键因素，所以需要对铁芯磁伸缩进行分析。当铁芯磁在磁化过程中出现磁矩旋转与磁畴壁移时，直接产生铁芯振动加速度。除铁芯磁伸缩之外，电源频率、电源电压、磁化强度、绕组匝数、铁芯横截面积也是影响铁芯振动加速度的重要因素。在铁芯作业环境温度恒定的条件下，铁芯振动频率是电源频率 2 倍 [2]。在额定电压下，当变压器处于空载状态时，铁芯振动偏大，可以将此状态下的振动信号作为铁芯振动信号；在变压器短路状态下，变压器电压极低，其产生的阻抗电压不足额定电压的 10 % ，由此产生的铁芯振动信号也随之变小，可以将短路的振动信号作为绕组振动信号。

1.2 绕组振动机理

变压器绕组中的电流在漏磁场作用下产生电动力，引发绕组机械振动。如果磁场为垂直方向，那么绕组产生的机械振动方向则为轴向，轴向电动力受负载电流幅值和负载电流初相位影响，绕组振动信号频率是电网频率 2 倍。对于双绕组变压器而言，绕组轴向受力还受变压器本身压紧程度、轴向预紧力等因素影响，这些因素也会直接作用于变压器的抗短路能力。在额定电压下，当变压器处于空载状态时，实际电流不足额定电流 2 % ，因实际电流过小，所以此状态的绕组振动也相应变小；在变压器短路状态下，绕组电流达到定额电流，此状态的绕组振动随之增大。

2 影响油浸式电力变压器振动的主要因素

变压器运行中的振动影响因素较多，在综合考虑振动机理和振动数据采集装置的情况下，选取以下五大主要因素进行分析：

2.1 传感器位置

振动传感器是采集变压器振动数据的重要手段，采集数据包括振动幅值、振动频率和振动信号能耗。振动传感器安装到变压器不同的部位，其采集的数据也会有所不同。传感器安装的最佳位置是能够采集到最大振动信号能量的位置，此位置在传递振动信号过程中会损耗最小的振动能量。

2.2 负载功率因数

铁芯振动信号和绕组振动信号分别受到变压器电压、电流的影响，当进入到长时间的负载运行情况下，负载功率因数直接导致电压与电流产生相位差，故此铁芯和绕组的信号强度还要考虑相位差。当变压器的负载功率因数发生变化时，铁芯单独的振动信号幅值或者绕组单独的振动信号幅值，可能会超过两者振动幅值之和，在这种情况之下主体振动信号强度和频率也会随之变化。

2.3 主体压紧程度

通过对多起故障进行成因统计分析可知，因主体松动引发的变压器故障占比超过二分之一。为保证变压器稳定运行，要求铁芯和绕组具有一定的压紧程度。当铁芯和绕组发生松动后，根据振动信号强度能够判断松动情况。在变压器运行时，通过调节螺丝可以减小绕组轴向预紧力，绕组振动强度随着预紧力的减小而增大 [3]。当变压器受内外部因素影响出现异常短路时，短路电流直接作用于绕组容易产生轴向失衡，发生绕组歪斜或位移，进一步加剧绕组振动。故此，在变压器日常维护中需保证铁芯和绕组适当的压紧程度，避免发生变压器故障。

2.4 负载三相不平衡

当发生负载三相不平衡时，变压器电流不稳定，造成铁芯和绕组受到不均衡的电磁力作用，进而产生具有一定差异的振动信号强度，使铁芯和绕组振动呈现出异常状态。负载三相不平衡还会造成变压器电流增大，产生更多热量，引发变压器温度升高。在这种运行条件下，变压器油的粘度和流动性发生变化，其阻尼特性也会随之变化，对铁芯和绕组的振动信号强度产生一定程度影响。

2.5 变压器油粘度

绝缘油是主体振动信号的主要传播介质之一，在绝缘油粘度达到阈值后，主体振动会引发绝缘油振动，使振动信号以机械波的形式传播到箱体上。从绝缘油粘度变化层面进行分析，当油处于黏滞性状态时，油中相邻质点呈现出不同速度的运动状态，在摩擦力作用下引发油损耗，促使振动信号随之变化。变压器绝缘油的密度为，机械波在这一密度条件下的传播速度为。当油温在范围内变化时，随着油温的升高，油粘度随之降低，振动信号频率的衰减信号也随之减弱。但是，衰减系数始终处于之间，表明油的粘度变化对铁芯和绕组振动信号强度影响微乎其微，可以忽略不计。