本实用新型涉及电力设备振动分析
技术领域：
，尤其涉及一种油浸式电力变压器动力响应放大装置。
背景技术：
：电力变压器是电力系统的枢纽设备，其安全可靠运行直接影响着电网的安全稳定性。变压器运行时，经常会发生短路故障，产生的短路电流可能导致绕组发生轻微变形，使绝缘性能和机械性能下降，多次短路后产生累积效应，绕组的绝缘性能、机械性能、变形程度持续恶化，变压器在后继不太大的短路电流或过电压作用下可能出现突发性故障，造成重大损失。因此，对变压器运行状态进行实时监测、准确判断机械稳定性具有重要意义。变压器运行时，硅钢片的磁致伸缩会引起铁心振动，同时绕组在负载电流的电磁力作用下也会产生振动，并通过本体、支撑结构和绝缘油传递到油箱表面，引起油箱的振动。变压器油的振动与变压器绕组及铁心的压紧状况、位移和绕组的变形程度等机械状态有十分密切的关系，一旦变压器内部机械、电气结构发生改变，振动也会随之变化，因此，通过变压器振动可对变压器内部机械状态变化进行评估。目前，振动法已经成为提高变压器故障预警能力的一种重要在线监测方法。现有的变压器振动监测系统，都是在变压器油箱壁布置电信号振动传感器，根据油箱壁振动来研究分析变压器本体的振动及机械状态的变化。关于变压器油箱壁振动测点的位置，研究人员大多根据经验选择，或是现场在油箱壁密集布点，然后从中选择对振动敏感的测点。但现场实测结果表明，即使在油箱壁振动敏感区域，变压器铁心和绕组等本体传递过来的振动也很小(110kV、220kV油浸式电力变压器油箱壁振动最大值仅为2～3m/s2)。油箱壁振动量级偏小，对对变压器铁心、绕组等本体的振动及机械状态变化反映不够敏感，且容易受到油箱附件振源、背景噪声的干扰，难以从振动信号中提炼灵敏、有效的故障特征值，导致振动法在变压器故障预警现场应用效果有限。技术实现要素：本实用新型实施例公开了一种油浸式电力变压器动力响应放大装置，用于解决现有的油箱壁振动量级偏小，对变压器铁心、绕组等本体的振动及机械状态变化反映不够敏感，且容易受到油箱附件振源、背景噪声的干扰，难以从振动信号中提炼灵敏、有效的故障特征值，导致振动法在变压器故障预警现场应用效果有限的技术问题。本实用新型实施例提供了一种油浸式电力变压器动力响应放大装置，包括：磁座、连杆、卡座；所述磁座固定在油箱壁上；所述卡座放置有三向传感器；所述连杆连接所述卡座和所述磁座。优选地，还包括螺栓，所述螺栓穿过所述卡座表面上的螺纹孔固定所述三向传感器。优选地，所述卡座呈镂空六面体状。优选地，所述卡座第一面与所述连杆连接。优选地，所述卡座第二面上设置有孔，用于放置或取出所述三向传感器。优选地，所述卡座第三面、第四面、第五面上设置有孔，用于所述三向传感器信号线的引出。优选地，所述卡座第六面上设置有所述螺纹孔。优选地，所述连杆通过螺纹连接所述磁座。从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：本实用新型实施例提供了一种油浸式电力变压器动力响应放大装置包括：磁座、连杆、卡座；所述磁座固定在油箱壁上；所述卡座放置有传感器；所述连杆连接所述卡座和所述磁座。本实施例中，通过磁座、连杆、卡座；所述磁座固定在油箱壁上；所述卡座放置有传感器；所述连杆连接所述卡座和所述磁座，通过变压器内部电磁激振力的力学特性，抑制油箱附件振源、背景噪声的干扰，放大铁心和绕组传递到油箱壁的振动信号，使油箱壁振动对绕组、铁心等振动源的变化更为敏感，灵敏识别变压器本体的机械变化状态，解决了现有的油箱壁振动量级偏小，对变压器铁心、绕组等本体的振动及机械状态变化反映不够敏感，且容易受到油箱附件振源、背景噪声的干扰，难以从振动信号中提炼灵敏、有效的故障特征值，导致振动法在变压器故障预警现场应用效果有限的技术问题。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大装置的一个实施例的结构示意图；图2为本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大方法的一个实施例的流程示意图；图3为本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大方法的动力响应放大系数所在的笛卡尔坐标系；图4(a)为本实用新型实施例中提供的一种油箱壁动力放大梁的结构示意图；图4(b)为本实用新型实施例中提供的一种油箱壁动力放大梁的结构示意图；图5为本实用新型实施例中提供的油箱壁动力放大梁磁座的结构示意图；图6为本实用新型实施例中提供的油箱壁动力放大梁卡座螺栓的结构示意图；图7为本实用新型实施例中提供的油箱壁动力放大梁的动力响应放大曲线图；图示说明：1卡座、2螺栓、3传感器、4连杆、5磁座。具体实施方式本实用新型实施例公开了一种油浸式电力变压器动力响应放大装置，用于解决现有的油箱壁振动量级偏小，对变压器铁心、绕组等本体的振动及机械状态变化反映不够敏感，且容易受到油箱附件振源、背景噪声的干扰，难以从振动信号中提炼灵敏、有效的故障特征值，导致振动法在变压器故障预警现场应用效果有限的技术问题。请参阅图1、4-7，本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大装置的一个实施例包括：磁座5(如图5所示)、连杆4即油箱壁动力放大梁如图4(a)、图4(b)所示、卡座1；所述磁座5固定在油箱壁上；所述卡座1放置有三向传感器3；所述连杆4连接所述卡座1和所述磁座5。进一步地，还包括螺栓2，如图6所示，所述螺栓2穿过所述卡座1表面上的螺纹孔固定所述三向传感器3。进一步地，所述卡座1呈镂空六面体状。进一步地，所述卡座1第一面与所述连杆4连接。进一步地，所述卡座1第二面上设置有孔，用于放置或取出所述三向传感器3。进一步地，所述卡座1第三面、第四面、第五面上设置有孔，用于所述三向传感器3信号线的引出。进一步地，所述卡座1第六面上设置有所述螺纹孔。进一步地，所述连杆4通过螺纹连接所述磁座5。本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大装置的一个应用例包括：该动力响应放大装置，包括磁座5、连杆4及卡座1、紧固螺栓2。磁座5用于固定、支撑连接连杆4，磁座5依靠吸力固定于油箱壁上，可实现便携式测量；连杆4用于连接磁座5及卡座1，主要起动力放大作用，实现卡座1处振动比磁座5(也即油箱壁)振动的动力响应放大，与磁座5通过螺纹配合，便于拆卸，卡座1用于放置、固定传感器3，呈镂空六面体，内部中空，一面与连杆4相连，一面开口，用于放置、取出传感器3，三个面开有小孔，用于三向传感器3信号线的引出，第六个面开有螺纹孔，用于与紧固螺栓2的配合；紧固螺栓2用于传感器3的固定，防止传感器3从卡座1内松动脱落。该动力响应放大装置与传感器3的装配如图1所示。本实施例中，通过磁座5、连杆4、卡座1；所述磁座5固定在油箱壁上；所述卡座1放置有传感器3；所述连杆4连接所述卡座1和所述磁座5，通过变压器内部电磁激振力的力学特性，抑制油箱附件振源、背景噪声的干扰，放大铁心和绕组传递到油箱壁的振动信号，使油箱壁振动对绕组、铁心等振动源的变化更为敏感，灵敏识别变压器本体的机械变化状态，解决了现有的油箱壁振动量级偏小，对变压器铁心、绕组等本体的振动及机械状态变化反映不够敏感，且容易受到油箱附件振源、背景噪声的干扰，难以从振动信号中提炼灵敏、有效的故障特征值，导致振动法在变压器故障预警现场应用效果有限的技术问题。如图2，本实用新型实施例中提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大方法的一个实施例，包括以下步骤：1.确定在预定的变压器油箱壁振动频率处的油箱壁振动放大的倍数即确定动力响应放大系数确定一点需要三个自由度，也就是笛卡尔坐标系中的x、y、z三个方向，对于油箱壁上的某一点，其动力放大系数也可分为三个方向，表示将x、y、z三个方向的振动放大的倍数。此动力响应放大系数就是要将油箱壁振动放大的倍数，如图1所示，如直接测量油箱壁振动，传感器测得的振动数值等于磁座5与油箱壁面连接处的振动数值，如采用油箱壁动力放大梁即连杆4，传感器测得的振动数值等于卡座1连接的传感器处的振动数值，则动力响应放大系数等于采用油箱壁动力放大梁即连杆4的传感器测得的振动数值与直接测量油箱壁振动的传感器测得的振动数值之比。分别为以地面为参考系的水平方向、垂直方向及油箱壁法向，在频率f＝f0处的动力响应放大系数(此频率根据研究目的可任意取值，如研究50Hz频率成分，则取50Hz，研究500Hz，则取500Hz，但变压器振动源比如铁心绕组的频率为100Hz，故一般取f0＝100Hz，如后所述)。为频率f＝f0处的动力响应放大系数，它包括x、y、z三个方向的对应分量x、y、z三个方向为构成笛卡尔坐标系，三个方向相互垂直。为方便起见，定义x、y、z三个方向分别为与大地平行的水平方向、垂直方向以及油箱壁的法向，三个方向相互垂直，如图3所示，对于油浸式变压器，负载工况下油箱壁振动主要源于绕组的振动，其激振力频谱分量主要为100Hz，故一般取f0＝100Hz。2、确定油箱壁动力放大梁的初始参数：材料弹性模量E0、密度ρ0，梁截面关于中性轴的惯性矩I0、横截面积A0、长度l0。梁可采用钢材质、铝材质或是其他合金，一旦材质确定，材料弹性模量E0、密度ρ0即为常数。梁的尺寸参数应满足下式：式中，m0为传感器3质量，f0为步骤1中的频率，一般取f0＝100Hz。3、对油箱壁动力放大梁进行谐响应分析。谐响应分析的步骤如下：3.1、建立梁的动力学方程，式中，x、指油箱壁动力放大梁的位移、速度、加速度，M、C、K、f(t)分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，以及激振力列阵，f(t)＝Fejωt。F为激振力幅值，j为虚数单位，ω为激振力频率，t为时间。3.2、求解动力学方程的特征值，特征值就是固有频率和模态振型，获得动力放大梁的前n阶固有频率fi，梁的模态振型变压器振动频响范围一般小于1000Hz，故可取fn≤1000Hz。3.3、求解油箱壁动力放大梁的稳态响应式中，X是指油箱壁动力放大梁的稳态响应，mi、ki、ci分别为模态质量、模态刚度、模态阻尼，满足以下关系：diag[]为对角矩阵，4、计算油箱壁动力放大梁的动力放大系数Td，计算公式如下：式中，Xchuan_x、Xchuan_y、Xchuan_z分别为传感器3位置测点x方向、y方向、z方向振动稳态幅值，Xbi_x、Xbi_y、Xbi_z分别为油箱壁x方向、y方向、z方向振动稳态幅值。稳态响应X是一个矩阵，Xchuan_x、Xchuan_y、Xchuan_z、Xbi_x、Xbi_y、Xbi_z都是其中的元素。其中坐标表示x、y、z三个方向的动力放大系数。5、计算f0＝100Hz处的动力放大系数如动力系数满足步骤1的要求(为允许误差)，则计算结束；如不满足，则修改油箱壁动力放大梁的初始参数，重复步骤2～4，直至满足。变压器负载运行时，振源来源于绕组，振动分量主要是100Hz；变压器空载运行时，因铁心磁路饱和，除产生100Hz振动分量外，还会产生一定的300Hz振动分量。为此，动力响应放大装置设计时，重点考虑放大100Hz振动响应，兼顾300Hz振动响应的放大。本实施例按照上述油浸式电力变压器动力响应放大设计方法，取Tdi|f＝100Hz≥5,Tdi|f＝300Hz≥3(i＝x,y,z)，设计了一种油浸式电力变压器动力响应放大装置，该动力响应放大装置，包括磁座5、连杆4及卡座1、紧固螺栓2。磁座5用于固定、支撑连接连杆4，磁座5依靠吸力固定于油箱壁上，可实现便携式测量；连杆4用于连接磁座5及卡座1，主要起动力放大作用，实现卡座1处振动比磁座5(也即油箱壁)振动的动力响应放大，与磁座5通过螺纹配合，便于拆卸，卡座1用于放置、固定传感器3，呈镂空六面体，内部中空，一面与连杆4相连，一面开口，用于放置、取出传感器3，三个面开有小孔，用于三向传感器3信号线的引出，第六个面开有螺纹孔，用于与紧固螺栓2的配合；紧固螺栓2用于传感器3的固定，防止传感器3从卡座1内松动脱落。动力响应放大装置的动力响应放大曲线如图7所示，主要频率处的动力放大系数如表1主要频率处的动力放大系数所示：表1f＝25Hzf＝100Hzf＝300HzTdx1.079615.54.3Tdy0.08770613.615.3Tdz0.0503597.45.3变压器油箱振动主要是由铁心、绕组，以及油箱附件振源引起，其中铁心和绕组主要是100Hz分量和少量的300Hz分量，而附件传递而来的振动主要以低频为主，频率一般小于25Hz。变压器油箱振动具有三向性，垂直方向和法向振动占有，水平方向振动很小。从以上图表可以看到，f＝25Hz时，除Tdx约等于1，Tdy、Tdz均远小于1，表明该动力响应放大装置对低频振动成分具有抑制作用，能有效排除油箱附件振源、背景噪声对振动信号的干扰；f＝100Hz时，Tdy、Tdz分别为13.6、7.4，表明该动力响应放大装置可将内部铁心、绕组传递导致的油箱壁垂直方向和法向振动放大13.6倍和7.4倍，能敏感反映变压器铁心、绕组等内部机械结构的变化，为变压器状态监测及故障预警提供有效的信号。本实用新型提供的油浸式电力变压器动力响应放大方法，能有效抑制油箱附件振源、背景噪声的干扰，放大铁心和绕组传递到油箱壁的振动信号，有助于能为灵敏地反映绕组、铁心等振动源的变化，识别变压器本体的机械变化状态。以上对本实用新型所提供的一种油浸式电力变压器动力响应放大装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。当前第1页1 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