基于振動(dòng)分析法的變壓器非電量狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷研究

袁國(guó)剛，饒柱石

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基于振動(dòng)分析法的變壓器非電量狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷研究

袁國(guó)剛1，饒柱石2

(1．上海睿深電子科技有限公司，上海市 閔行區(qū) 201108；2．機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海交通大學(xué))，上海市 閔行區(qū) 200240)

振動(dòng)分析法可在不停機(jī)、不解體的情況下實(shí)現(xiàn)變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，對(duì)提高設(shè)備運(yùn)行可靠性具有重要意義。變壓器表面的振動(dòng)與變壓器繞組及鐵心的壓緊狀態(tài)、位移、形變等密切相關(guān)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入廣泛的研究。對(duì)振動(dòng)分析中的數(shù)值計(jì)算分析方法、振動(dòng)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了敘述，結(jié)合快速傅里葉變換、小波、希爾伯特黃變換、盲源分離技術(shù)介紹了信號(hào)處理方法在變壓器振動(dòng)分析中的應(yīng)用，闡述了聲學(xué)分析方法在變壓器異常情況下的作用。對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和離線振動(dòng)頻響的基本分析方法進(jìn)行了簡(jiǎn)述。結(jié)合振動(dòng)分析方法在變壓器診斷應(yīng)用中的趨勢(shì)和難點(diǎn)，給出了需要深入研究的方向。

變壓器；非電量狀態(tài)監(jiān)測(cè)；振動(dòng)；故障診斷

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中極為重要的一次設(shè)備，其重要性不言而喻。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2005—2010年，變壓器繞組線圈事故占據(jù)電力系統(tǒng)總故障數(shù)量的60%，其中抗短路能力不足造成的損壞占據(jù)總事故次數(shù)的40%，占據(jù)繞組事故的67.2%[1]。由此可見，對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行來說，加強(qiáng)對(duì)變壓器工作狀態(tài)(繞組以及鐵心狀況)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，對(duì)于延長(zhǎng)變壓器使用壽命、提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。

機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)初步成形于20世紀(jì)60年代末，迅速發(fā)展在70—80年代[2]，基于振動(dòng)方法的變壓器故障診斷也是起步于這一階段。變壓器振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，當(dāng)變壓器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，可以通過監(jiān)測(cè)變壓器表面振動(dòng)信號(hào)的方式進(jìn)行故障檢測(cè)。與頻率響應(yīng)法、低壓脈沖分析法等傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，基于振動(dòng)信號(hào)的變壓器故障檢測(cè)方法與整個(gè)電力系統(tǒng)無電氣連接，抗干擾能力更強(qiáng)、靈敏度更高，更加安全可靠[3-4]。

振動(dòng)分析法可以用于監(jiān)測(cè)主要部件如繞組和鐵心振動(dòng)，并便于開展在線和離線測(cè)試，因此得到了廣泛應(yīng)用。本文首先從數(shù)值計(jì)算分析方法、振動(dòng)試驗(yàn)分析方法兩方面介紹了變壓器非電量振動(dòng)分析方法及相應(yīng)成果，然后重點(diǎn)敘述了變壓器故障信號(hào)分析方法，深入梳理了現(xiàn)階段幾種常用的基于信號(hào)處理的變壓器故障分析方法，接著結(jié)合應(yīng)用介紹了基于振動(dòng)分析法的變壓器故障檢測(cè)裝置發(fā)展?fàn)顩r。最后針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的難點(diǎn)與不足，對(duì)其發(fā)展前景做出了展望。

1 變壓器非電量振動(dòng)分析方法概述

國(guó)外早期的研究主要集中在變壓器箱體振動(dòng)能量與負(fù)載電流的關(guān)系[5-8]，對(duì)振動(dòng)幅值參數(shù)(時(shí)頻域)的變化趨勢(shì)進(jìn)行研究并進(jìn)行降噪處理[9-10]。Berler[11]等人分別進(jìn)行了空載和負(fù)載測(cè)試，研究鐵心振動(dòng)和繞組振動(dòng)的變化規(guī)律。Garcia和Burgos[12-13]研究了變壓器振動(dòng)信號(hào)在傳播路線上的相位和幅值的變化情況，以及振動(dòng)信號(hào)與電流、電壓和溫度的數(shù)值關(guān)系。國(guó)內(nèi)對(duì)于變壓器的機(jī)械振動(dòng)診斷分析方法研究起始于2000年左右，代表單位有西安交通大學(xué)[14-18]和上海交通大學(xué)[19-25]，他們采用振動(dòng)分析方法對(duì)變壓器表面振動(dòng)和繞組狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試分析，并開展鐵心與繞組的有限元仿真分析，特別分析了軸向預(yù)緊力對(duì)繞組特性的影響，以及通過非穩(wěn)態(tài)信號(hào)分析對(duì)繞組狀態(tài)進(jìn)行故障識(shí)別。

變壓器的振動(dòng)是由變壓器的本體電磁力(鐵心、繞組)和冷卻裝置共同引起的，但是由于冷卻裝置一般不會(huì)造成機(jī)械故障，因此通常不予考慮，國(guó)內(nèi)外通過大量的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析表明，變壓器振動(dòng)的根源在于[26-27]：

1）由于硅鋼片的磁致伸縮誘發(fā)的鐵心振動(dòng)；

2）硅鋼片的搭接和疊片之間的漏磁造成的鐵心振動(dòng)；

3）繞組內(nèi)部電流產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電磁力誘發(fā)的振動(dòng)。

近些年，變壓器硅鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力所引起的鐵心振動(dòng)有了大幅改善，相對(duì)硅鋼片磁致伸縮的鐵心振動(dòng)可忽略不計(jì)，主要得益于鐵心制造工藝的改進(jìn)，如疊積方式采用階梯接縫、心柱和鐵軛用環(huán)氧玻璃絲粘帶綁扎等。隨著采取高導(dǎo)磁硅鋼片(例如Hi-B硅鋼片)在變壓器制造中的使用，以及鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，鐵心工作磁密的降低，負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁引起的繞組振動(dòng)在整體振動(dòng)中的比重大大增加。綜上，變壓器本體的振動(dòng)主要取決于鐵心和繞組的振動(dòng)。

變壓器本體的振動(dòng)會(huì)沿著各種途徑傳播，繞組和鐵心的振動(dòng)主要通過結(jié)構(gòu)件傳遞至箱壁上，同時(shí)也通過變壓器油傳遞到箱壁上[25]，所以變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化會(huì)反映到箱壁。變壓器振動(dòng)傳遞路徑如圖1所示。

圖1 變壓器振動(dòng)傳遞路徑

1.1 數(shù)值計(jì)算分析方法

早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就開始了變壓器的動(dòng)力學(xué)特性仿真分析研究，其研究利用變壓器繞組的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行故障分析，但其模型僅針對(duì)繞組自身，存在局限性[28]。因此，MIT的Lavalle[29]將變壓器作為一個(gè)整體建立其電—振動(dòng)模型，該模型構(gòu)建了電流諧波成分與振動(dòng)諧波成分平方的關(guān)系，隨后基于此進(jìn)行了繞組松動(dòng)故障研究，Garcia[30-31]等在MIT的模型基礎(chǔ)上又提出了基于變壓器油箱壁振動(dòng)基頻的繞組監(jiān)測(cè)模型。

國(guó)內(nèi)的研究中，上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[21]利用有限元仿真軟件建立繞組和鐵心模型，分析了繞組預(yù)緊力變化對(duì)繞組振動(dòng)和箱壁響應(yīng)的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化。

由于變壓器的激勵(lì)源和結(jié)構(gòu)傳遞路徑較為復(fù)雜，是典型的多物理場(chǎng)問題，涵蓋了電磁力—結(jié)構(gòu)振動(dòng)—流固耦合的問題，因此近些年來沈陽工業(yè)大學(xué)[32]開展了利用多物理場(chǎng)耦合軟件將電場(chǎng)、磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)力場(chǎng)和聲場(chǎng)進(jìn)行有效的耦合分析。仿真分析的目的是為了和試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行相關(guān)分析，類比其他變壓器結(jié)構(gòu)方式的改進(jìn)效果，以及用于變壓器測(cè)量點(diǎn)位置的優(yōu)化和敏感點(diǎn)的識(shí)別。國(guó)網(wǎng)上海電科院[33-34]通過數(shù)值模擬表明振動(dòng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量選擇布置在繞組振動(dòng)傳遞路徑上，即變壓器繞組底部和箱壁側(cè)面。另一方面，通過振動(dòng)場(chǎng)(對(duì)于諧波分量由試驗(yàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)作為輸入)可以推算輻射聲能的大小，因此國(guó)網(wǎng)上海電科院[35]通過建立如圖2所示典型干式變壓器的有限元模型，對(duì)其振聲關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖3所示，可以看出在100 Hz和200 Hz還是有比較好的吻合度，但在高頻能量上差異比較明顯。

圖2 典型的變壓器有限元模型

圖3 變壓器輻射聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

1.2 振動(dòng)試驗(yàn)分析方法

變壓器的振動(dòng)試驗(yàn)方法較多，主要包括出廠時(shí)的空載試驗(yàn)、實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的負(fù)載試驗(yàn)和短路承受能力試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有關(guān)于對(duì)變壓器振動(dòng)的要求技術(shù)規(guī)范比較多，總的來說，都是對(duì)振動(dòng)位移進(jìn)行的限定，并且對(duì)國(guó)內(nèi)目前大型電力變壓器的振動(dòng)技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)定，不能超過100mm[36]，具體見表1。測(cè)試通常采用加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，通過2次積分后得到對(duì)應(yīng)的位移值，通常直接積分會(huì)引起低頻段的較大誤差，需要在積分時(shí)適當(dāng)選取合適的高通濾波器。

表1 變壓器振動(dòng)測(cè)試的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)匯總

為研究變壓器本體的動(dòng)力學(xué)特性，需對(duì)變壓器的箱體和繞組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)試，如試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、工作變形分析等。由于變壓器本體可以視為一個(gè)由若干個(gè)質(zhì)量、剛度、阻尼等組成的機(jī)械結(jié)構(gòu)體，則當(dāng)繞組/鐵心結(jié)構(gòu)或者傳遞路徑發(fā)生變化時(shí)，都可以從它的機(jī)械動(dòng)力學(xué)特性上即振動(dòng)特性上得到反映。繞組振動(dòng)通過變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接件傳遞到變壓器箱體，從變壓器箱體表面檢測(cè)得到的振動(dòng)信號(hào)與變壓器的繞組/鐵心振動(dòng)特性有密切的關(guān)系，因此，對(duì)變壓器部件和整體進(jìn)行模態(tài)測(cè)試是獲取其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的重要方法。目前有些學(xué)者開始開展大型變壓器/電抗器運(yùn)行狀態(tài)下的工作變形試驗(yàn)，將獲取的變形向量進(jìn)行相似度/響應(yīng)置信度的歷史數(shù)據(jù)縱向評(píng)估以判定是否存在故障[37]。

2 變壓器故障信號(hào)分析方法

在20世紀(jì)90年代中后期，隨著測(cè)試和信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，通過振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來判別繞組及鐵心狀態(tài)的研究逐步展開[38-39]。變壓器表面振動(dòng)的特征是比較清晰的，對(duì)于正常運(yùn)行的變壓器，其繞組振動(dòng)信號(hào)主要集中在100Hz，其振幅正比于負(fù)載電流的平方；鐵心振動(dòng)信號(hào)除了集中在100Hz之外，200、300和400Hz處都有信號(hào)，1000Hz以上的振動(dòng)信號(hào)能量極低可以忽略。變壓器表面測(cè)得的高次諧波振動(dòng)信號(hào)分量主要是由鐵心非線性振動(dòng)引起的，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)高次諧波分量變化的分析可診斷出鐵心狀況。因此可以監(jiān)測(cè)變壓器表面的1000Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)頻譜進(jìn)行變壓器本體狀態(tài)的識(shí)別[36]。

2.1 基于平穩(wěn)信號(hào)的分析方法

對(duì)于振動(dòng)信號(hào)的分析，最基本的信號(hào)處理方法是快速傅里葉變換(fast Fourier transform， FFT)，其能將時(shí)域信號(hào)與頻域信號(hào)關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻域信號(hào)的分析，但由于只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)一映射關(guān)系，不能把二者有機(jī)地結(jié)合起來，是一種時(shí)頻完全分離的分析方法。因此，難以滿足復(fù)雜的變壓器振動(dòng)信號(hào)分析與處理的要求，但這是振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析的最為常用算法，它假設(shè)變壓器設(shè)備的振動(dòng)為平穩(wěn)信號(hào)，用于檢測(cè)箱體的振動(dòng)頻率和振動(dòng)量級(jí)。意大利的Cipriano等人[40]基于頻譜分析結(jié)果，提出了振動(dòng)諧波量THD用于評(píng)估異常變壓器的特征值。

2.2 基于非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的分析方法

短時(shí)傅里葉變換(short-time Fourier transform，STFT)是一種常用的時(shí)頻分析方法，其基本原理主要是把一段時(shí)域信號(hào)劃分成許多小段的信號(hào)，再用STFT對(duì)每段信號(hào)進(jìn)行分析，從而確定該段信號(hào)內(nèi)的頻率。由于STFT只使用單一的窗函數(shù)，導(dǎo)致其在整個(gè)時(shí)頻平面上的時(shí)頻分辨率是固定不變的，這是該方法的主要不足。

小波分析也是時(shí)頻分析的常用算法之一。相對(duì)于STFT，小波分析具有一個(gè)尺度因子，可根據(jù)時(shí)頻平面里時(shí)頻網(wǎng)格劃分的特殊性，改變滑動(dòng)窗函數(shù)的特性，實(shí)現(xiàn)在高頻段內(nèi)較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率。很多學(xué)者將小波分析應(yīng)用于變壓器振動(dòng)的特征量提取[36]，但是小波分析方法無法預(yù)測(cè)固有頻率的改變，頻率分辨率差，以及缺少對(duì)小波基的優(yōu)化選擇。

此外，一些學(xué)者針對(duì)于變壓器的非穩(wěn)態(tài)信號(hào)，提出了希爾伯特黃變換(Hilbert-Huang transform，HHT)作為非線性非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的分析方法[16,41]，該方法在時(shí)頻域上都有較好的分辨率，三維希爾伯特譜的能量分布體現(xiàn)了信號(hào)內(nèi)在的本質(zhì)特征。HHT方法主要由經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(empirical mode decomposition，EMD)和希爾伯特變換構(gòu)成。首先利用EMD對(duì)非線性非穩(wěn)態(tài)信號(hào)進(jìn)行分解，得到少量的IMF組合，在此基礎(chǔ)上再對(duì)IMF進(jìn)行希爾伯特變換，得到瞬時(shí)頻率和振幅，在時(shí)間?頻率平面上把振幅取分貝數(shù)就形成了信號(hào)的希爾伯特譜分布。浙江大學(xué)的熊衛(wèi)華等[43]利用HHT對(duì)鐵心振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，比較了變壓器正常狀態(tài)和鐵心緊固不良狀態(tài)時(shí)的三維希爾伯特譜分布及邊界譜分布，從而分析了鐵心故障的振動(dòng)特性。

2.3 盲源分離分析方法

變壓器鐵心和繞組振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理是完全不同的，振動(dòng)特性也完全不一樣，需要對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效分離是進(jìn)行故障診斷和定位的重要依據(jù)。

盲源分離方法可分離變壓器振動(dòng)信號(hào)中不同振源的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)來自于不同振源信號(hào)的單獨(dú)分析。陸亮[44]等采用基于獨(dú)立分量分析的盲源分離方法(fast independent component analysis，F(xiàn)ast ICA)應(yīng)用在低信噪比振動(dòng)信號(hào)信噪分離中，華北電力大學(xué)的趙洪山[45]認(rèn)為變壓器不同振源振動(dòng)信號(hào)之間并不是完全獨(dú)立的，F(xiàn)ast ICA有其局限性，據(jù)此提出了基于集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(ensemble empirical mode decomposition，EEMD)和負(fù)熵準(zhǔn)則的盲源分離方法分析變壓器振動(dòng)信號(hào)，但是其分離效果和工程應(yīng)用價(jià)值還需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

2.4 聲信號(hào)分析方法

通過振動(dòng)測(cè)量的分析方法目前使用的較為廣泛，但是聲學(xué)方法也隨之應(yīng)用在變壓器的故障分析[11]中，如果剔除風(fēng)扇等其他附件的發(fā)聲，變壓器的噪聲和振動(dòng)是強(qiáng)烈耦合的，都是來自于箱體的外殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)和鐵心結(jié)構(gòu)的輻射聲，因此分析其聲學(xué)信號(hào)對(duì)于某些無法直接測(cè)量變壓器表面振動(dòng)量的也具備工程意義，結(jié)合振動(dòng)和噪聲的指紋特征進(jìn)行聲振聯(lián)合分析以彌補(bǔ)振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)較多且差異較大的情況也是未來研究的課題之一[46]。聲學(xué)處理的計(jì)算方法和振動(dòng)信號(hào)類似，但是考慮到聲場(chǎng)信號(hào)的空間分布特征，可以通過基于波束成形方法的成像技術(shù)進(jìn)行主要聲源的空間定位，圖4是國(guó)網(wǎng)上海電科院對(duì)于10kV變壓器的聲學(xué)成像分析，結(jié)果表明該干變主要聲源點(diǎn)在B柱的底部[47]。對(duì)于某出廠檢查發(fā)現(xiàn)異常情況的110kV變壓器進(jìn)行聲場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其在A柱的上軛處有明顯的異常聲源，后檢查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)松動(dòng)[47]。

圖4 干變的聲源和鐵心松動(dòng)造成的異常聲源

3 在線及離線振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置

考慮到振動(dòng)方法檢測(cè)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的日益成熟，使得通過在線及離線測(cè)試變壓器振動(dòng)的方法成為工程化可行的方案。

目前使用較多的是振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)方法和離線掃頻分析方法。其中在線監(jiān)測(cè)方法較為簡(jiǎn)單，主要是連續(xù)采集變壓器箱體表面的振動(dòng)和三相電流，通過連續(xù)監(jiān)測(cè)振動(dòng)烈度和100Hz分量值[48]，對(duì)于突發(fā)短路信號(hào)采用EMD方法對(duì)沖擊信號(hào)進(jìn)行希爾伯特邊際譜和希爾伯特能量計(jì)算以識(shí)別繞組狀態(tài)[49]，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)220kV和500kV的主變上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

近年來上海交大提出了振動(dòng)頻響法(vibration frequency response analysis，VFRA)來診斷繞組的變形故障。通過對(duì)一臺(tái)220kV大型變壓器的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了多種繞組變形的故障特征，同時(shí)與傳統(tǒng)電量檢測(cè)法(阻抗法和FRA法)比較，發(fā)現(xiàn)VFRA法更加靈敏，說明VFRA法作為一種離線診斷法，在診斷繞組變形故障上是有效可靠的[24]。上海交通大學(xué)和南方電網(wǎng)在2016年利用此項(xiàng)技術(shù)研制了一套大型40kV×A的自適應(yīng)恒流VFRA掃頻裝置[50]，利用恒流源激勵(lì)繞組，測(cè)量箱壁振動(dòng)從而評(píng)估繞組狀態(tài)，并在3座110kV/ 220kV變電站進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明繞組發(fā)生狀態(tài)變化后VFRA出現(xiàn)了明顯的變化。

4 結(jié)論

振動(dòng)測(cè)試方法在近30年取得了較快的發(fā)展，經(jīng)歷了早期的振動(dòng)信號(hào)的獲取，到振動(dòng)信號(hào)和運(yùn)行參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模到故障模式的識(shí)別，直至振動(dòng)裝置的開發(fā)和部署；研究對(duì)象也從初期的10kV配電變壓器逐步上升到特高壓的500~1000kV變壓器。但是還存在很多值得進(jìn)一步研究的方面：

1）變壓器的電-磁結(jié)構(gòu)振動(dòng)場(chǎng)的模型仍然存在值得更進(jìn)一步優(yōu)化和精確的需求，特別是充分考慮鐵心的非線性特性和磁通不均勻造成的非對(duì)稱動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。

2）新的振動(dòng)傳感器檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，特別是隨著光纖傳感器技術(shù)的成熟，未來將光纖振動(dòng)傳感器安裝在變壓器的繞組和鐵心上進(jìn)行直接 測(cè)量。

3）新的處理分析方法的發(fā)展，主要是繞組和鐵心振動(dòng)分離技術(shù)的進(jìn)一步成熟；另外箱壁上的形態(tài)相似度技術(shù)也是可能有效的狀態(tài)評(píng)估方法等。

4）新的振動(dòng)試驗(yàn)方法，已經(jīng)證明VFRA方法對(duì)繞組狀態(tài)的評(píng)估有比較好的試驗(yàn)效果，如何進(jìn)一步提升掃頻裝置的容量并兼顧便攜性是進(jìn)一步發(fā)展的方向，并且可以結(jié)合光纖振動(dòng)傳感器的應(yīng)用。

5）振動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是如何將海量的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其他狀態(tài)量(如其他在線監(jiān)測(cè)量)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的融合分析，提高早期故障預(yù)警的可靠性是未來的趨勢(shì)。

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Review of Non-electrical Quantity Monitoring and Fault Diagnosis forPower Transformer on Vibration Analysis Method

YUAN Guogang1, RAO Zhushi2

(1.Shanghai Rhythm Electronic Technology Company, Minhang District, Shanghai 201108，China; 2. The State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration(Shanghai JiaoTong University), Minhang District, Shanghai 200240, China)

Vibration analysis method can realize condition monitoring and fault diagnosis of transformer without shutdown and disintegration, which is meaningful to improve the reliability of equipment operation. The vibration of transformer surface is closely related to the compaction state, displacement and deformation of transformer windings and cores, and has been extensively studied by domestic and foreign scholar. The numerical calculation and analysis methods and vibration testing techniques in vibration analysis was described. The application of signal processing methods in transformer vibration analysis was introduced in combination with fast Fourier transform (FFT), wavelet, Hilbert-Huang transform (HHT) and blind source separation technology. The role of acoustic analysis methods in transformer abnormal conditions was expounded. The development of the test device was briefly described, mainly the on-line monitoring system and the basic analysis method of off-line vibrabion frequency response analysis（VFRA）. According to the trend and difficulty of vibration analysis method in transformer diagnosis application, the direction of further research was given.

transformer; non-electrical quantity monitoring; vibration; fault diagnosis

10.12096/j.2096-4528.pgt.18037

2018-11-23。

袁國(guó)剛(1980)，男，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)與聲學(xué)技術(shù)，guogang.yuan@rhythm-tech.com；

袁國(guó)剛

饒柱石(1962)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析與控制、旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)，zsrao@sjtu.edu.cn。

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(18511109402)。

Project Supported by Science and Technology Innovation Action Plan of Shanghai Municipal Commission of Science and Technology(18511109402).

(責(zé)任編輯 楊陽)