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振动分析法在电力变压器绕组状态监测中的应用研究

作　者: 谢坡岸
导　师: 朱子述；饶柱石
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 变压器绕组预紧力振动有限元建模参数识别弹性模量监测
分类号: TM41
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 536次
引　用: 10次
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内容摘要

从理论上说变压器绕组和铁芯的振动引起了整机箱体的振动。当绕组的压紧力下降时,变压器整体的振动特性也将发生变化。因此可以从箱体的振动中分析得出绕组的预紧情况。本文以一个机械动力学特性与大型电力变压器相似,容量为500KVA,原副边电压比为10KV/400V的模拟三相变压器作为研究对象,研究内容包括:对于单个绕组振动和轴向预紧力间的关系,器身振动和预紧力的关系,变压器副边短路和突发短路时的振动特性和绕组预紧力之间的关系,进行了有限元计算和试验研究,另外研究了利用空载和负载时的振动特性进行绕组状况的在线监测。针对于上述研究内容,本文的研究工作和结论如下所述:本文从一个简单的弹簧质量系统模型模型开始从理论上探讨其预紧力和绕组振动的关系,接着建立绕组和铁芯的有限元模型并结合频响试验和模态分析理论对有限元参数进行识别。由于器身的结构相对于单个绕组和铁芯的结构要复杂,因此本文研究了绕组和铁芯组合到一起以后整体的动力学特性。器身的单元数目较大,因此采用了子结构方法进行建模分析。论文的重点是研究通过箱壁的振动监测绕组上的预紧力,首先采用有限元方法对不同预紧力下变压器短路时的振动进行了计算,通过副边短路试验对计算结果进行了验证,并利用计算结论在突发短路时根据箱壁上的振动响应对绕组的预紧力进行了估算。本文同时阐述了负载振动灵敏度法用于在线监测绕组的预紧力。试验选择了14路传感器包括7路油压传感器和7路加速度传感器分别位于变压器内壁和箱壁上用来测量油压信号和加速度信号。研究表明,在短路情况下,变压器的振动主要是由于绕组的电动力引起的,在预紧力减小时,器身上的振动有一个先减小,然后随预紧力进一步减小而增大的过程。在空载和负载情况下,变压器的振动同时来源于铁芯磁致伸缩力和绕组电动力。在预紧力改变时,绕组对振动的传播能力也发生了变化,且振动响应在不同频率处的变化不相同,本文利用负载时电动力对器身振动的扰动对预紧力状况进行了估测。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 变压器概述  11-12
  1.2 开展变压器绕组故障机理与理论研究的意义  12-13
  1.3 电力变压器绕组变形故障简介及传统判别方法  13-16
  1.4 电力变压器绕组状态的振动分析法研究现状  16-17
  1.5 本文研究的主要工作  17-18
  1.6 创新点  18-20
第二章变压器振动机理分析  20-26
  2.1 变压器振动的传播途径  20-21
  2.2 绕组振动源分析  21-23
  2.3 铁芯振动源分析  23-25
  2.4 小结  25-26
第三章变压器有限元参数识别  26-42
  3.1 绕组振动的受力分析与简化数学模型  26-33
  3.2 利用ANSYS 建立绕组的有限元模型  33-38
    3.2.1 ANSYS 软件简介  33
    3.2.2 有限元分析方法和基本步骤  33-35
    3.2.3 使用ANSYS 建立变压器高低压绕组模型  35-37
    3.2.4 铁芯的有限元模型  37-38
  3.3 参数识别方法  38-41
  3.4 小结  41-42
第四章振动试验及绕组铁芯弹性模量识别  42-54
  4.1 测试原理  42-44
  4.2 试验仪器  44-46
  4.3 绕组试验结果  46-51
  4.4 铁芯实验及参数识别  51-53
  4.5 小结  53-54
第五章器身动态特性分析  54-69
  5.1 引言  54
  5.2 有限元子结构法  54-57
  5.3 器身的理论计算  57-59
    5.3.1 计算内容  57
    5.3.2 ANSYS 建模  57-58
    5.3.3 结构的模态频率计算  58-59
  5.4 试验方法和试验装置简介  59-60
    5.4.1 试验对象  59
    5.4.2 试验方法  59-60
    5.4.3 试验装置  60
  5.5 试验内容  60-68
  5.6 小结  68-69
第六章短路状态下振动监测的信号分析  69-83
  6.1 研究对象与试验方案  69-72
  6.2 副边短路振动计算  72-75
    6.2.1 不同短路电流下的振动试验  72-73
    6.2.2 短路试验  73-75
  6.3 有限元计算  75-77
  6.4 突发短路试验  77-81
  6.5 小结  81-83
第七章变压器负载振动灵敏度监测法研究  83-92
  7.1 空载试验  83-85
  7.2 负载试验  85-87
  7.3 数据处理  87-90
  7.4 小结  90-92
第八章研究结果及展望  92-94
参考文献  94-100
附录  100-118
  附录1 副边短路试验图表  100-108
  附录2 突发短路试验图表  108-110
  附录3 空载试验图表  110-114
  附录4 负载试验图表  114-118
致谢  118-119
攻读博士学位期间发表的学术论文  119

振动分析法在电力变压器绕组状态监测中的应用研究

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