Page 115 - 《应用声学》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 李楠等： 电力变压器绕组振动声纹特性分析 791

如图 10(b) 所示，变压器绕组的松动程度即变 压器低压绕组向内收缩，使得低压绕组向内扭曲变
压器绕组预紧力大小，与垫块及压紧结构件的材料 形。本文通过将圆形绕组变成具有明显凸起的六边
特性相关。垫块以及压紧结构件的材料非线性，导 形圆柱体，来模拟变压器绕组变形。
致其弹性模量随预紧力大小变化而变化，本文通过
改变变压器 B 相绕组弹性模量大小模拟 B 相绕组 4.2 变压器绕组机械故障仿真结果分析
的松动故障。 变压器绕组在故障状态下的声音信号与正常
如图 10(c) 所示，变压器绕组的变形通常是由 状态下展现出不同的性质，通过导出其时域数据，并
绕组轴向力产生，尤其是变压器绕组中流过短路电 对时域数据进行傅里叶分析，可以发现绕组的 3 个
流或者发生励磁涌流时，此时绕组中流过的大电流 测点表现出相似的趋势，因此以下内容以声音信号
对绕组损耗尤为严重。由上述仿真可知，变压器高 测点 2 仿真数据进行分析，其时域与频域信号波形
压绕组受到向外的牵引力，使得绕组向外膨胀，而变 如图11所示。
ѓ࠶Bᄱӕ஝ ͌ᄾፉጸፐᎆᑲᗀ ण᫂Bᄱ᫂ए ͌ᄾፉጸ౛ү஌ᬪ ஈԫBᄱॎ࿄ ͌ᄾፉጸԫॎ஌ᬪ

(a) ፉጸፐᎆᑲᗀ (b) ፉጸ౛ү (c) ፉጸԫॎ

图 10 绕组松动故障模拟
Fig. 10 Winding loose fault simulation

൤࣢ࢺц ൤࣢ࢺц
0.1
ܦԍ/Pa 0 2 1 0.0025 Pa 0.0028 Pa
-0.1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 0 200 400 600 800
ፐᎆᑲᗀ 4 ፐᎆᑲᗀ
0.1
ܦԍ/Pa 0 2 0.0021 Pa 0.0031 Pa
-0.1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 0 200 400 600 800
ፉጸ౛ү ܦԍ/(10 -3 Pa) ፉጸ౛ү
0.1
ܦԍ/Pa -0.1 0 5 0 0.0024 Pa 0.0071 Pa
-0.2
0.5
400
1.5
1.0
0
ፉጸԫॎ 2.0 2.5 3.0 0 200 ፉጸԫॎ 600 800
0.2
ܦԍ/Pa 0 10 5 0.0015 Pa 0.0129 Pa
-0.2
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 0 200 400 600 800
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a) ஌ᬪ͌ᄾ௑۫ฉॎ (b) ஌ᬪ͌ᄾᮠ៨ڏ
图 11 机械故障时域信号波形
Fig. 11 Time domain signal waveform of mechanical failure
由图 11 可知，从时域信号波形分析可得，当绕 转变为 200 Hz 主频，并且其主导地位随着机械故障
组发生机械故障时，声音信号呈现出不稳定的特征， 程度的加深愈加明显。对比 3 种故障频谱特征，发
其幅值变化更加剧烈，声音信号的波动性相对较大， 生绕组绝缘脱落故障时，100 Hz、200 Hz 都存在少
且故障数据声音信号幅值明显大于正常工况下的 量变化；发生绕组变形故障时，100 Hz 保持相对稳
声音信号幅值。从频谱图分析可得，当变压器绕组 定，而 200 Hz 变化剧烈，幅值为正常工况下的 2.53
发生机械故障时，100 Hz频率分量幅值减小，200 Hz 倍；发生绕组变形故障时，100 Hz 较正常工况降低
频率分量幅值增大。由 100 Hz 和 200 Hz 两个主频， 40%，200 Hz频率分量为正常工况下的4.61 倍。