物聯(lián)網(wǎng)背景下油浸式電抗器的振動(dòng)診斷及減振措施分析

候保清 李毅 李小平王健周露

【摘要】? ? 油浸式電抗器在運(yùn)行的過(guò)程中，電抗器中的鐵芯和繞組會(huì)產(chǎn)生一定的電磁振動(dòng)。在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)背景下，利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，對(duì)油浸式電抗器的振動(dòng)信息進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，可以有效評(píng)估油浸式電抗器的運(yùn)行狀態(tài)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的故障隱患。本文詳細(xì)分析了油浸式電抗器的振動(dòng)診斷方法，并介紹了油浸式電抗器的減振方法。

【關(guān)鍵詞】? ? 油浸式? ? 電抗器? ? 振動(dòng)診斷? ? ? 減振措施

引言

采用電抗器可以吸收系統(tǒng)中的無(wú)功功率，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓方面發(fā)揮著重要的作用。電抗器包括油浸式和干式空心等兩類，其中油浸式電抗器的運(yùn)行穩(wěn)定性更高，并且通過(guò)對(duì)油浸式電抗器的振動(dòng)、壓力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以掌握油浸式電抗器的運(yùn)行狀態(tài)信息，比干式空心電抗器更容易實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，在實(shí)際應(yīng)用中具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。本文主要對(duì)油浸式電抗器的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)提取振動(dòng)信息中的特征，對(duì)電抗器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研判，保證油浸式電抗器的安全可靠運(yùn)行。

一、油浸式電抗器的振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理

油浸式電抗器在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)點(diǎn)，如出現(xiàn)故障的概率較低，絕緣性能受到外界環(huán)境的影響也較小，并且占地也相對(duì)較少。但油浸式電抗器在運(yùn)行的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱量大、振動(dòng)大、噪聲大等問(wèn)題，對(duì)此應(yīng)加以重視。

對(duì)于油浸式電抗器的振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，油浸式電抗器在內(nèi)部存在電磁渦流，不同疊片之間存在著電磁力，當(dāng)外部交流電在不斷變化時(shí)，就容易引起電抗器鐵芯振動(dòng)。此外油浸式電抗器在運(yùn)行的過(guò)程中，電抗器所經(jīng)過(guò)的磁路包括鐵芯和氣隙，在運(yùn)行的過(guò)程中難免會(huì)存在漏磁通，這點(diǎn)和電力變壓器類型[2]。當(dāng)產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)頻率和系統(tǒng)的頻率相一致時(shí)，此時(shí)容易出現(xiàn)共振的現(xiàn)象，這些都是油浸式電抗器產(chǎn)生振動(dòng)的原因。

隨著電抗器技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)安裝低噪聲的電抗器，可減小變電站中電抗器的振動(dòng)噪聲。低噪聲的電抗器一般采用性能好的硅片以減少漏磁通，從而降低噪聲，但較常規(guī)電抗器投資有所增加，綜合效益可能下降，且對(duì)制造工藝等相關(guān)技術(shù)要求較高，故在普通變電站中一般不宜采用。

二、物聯(lián)網(wǎng)背景下的油浸式電抗器的振動(dòng)診斷技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)背景下的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集

目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)在電網(wǎng)企業(yè)中得到開展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)信息采集方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)智能感知技術(shù)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確采集和分析處理。油浸式電抗器的振動(dòng)信號(hào)采集和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有密切的聯(lián)系，在振動(dòng)信號(hào)采集的過(guò)程中，主要是在電抗器不同的測(cè)點(diǎn)中布置傳感器設(shè)備，一般選擇振動(dòng)的特征點(diǎn)處進(jìn)行布置。電抗器的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法包括接觸式和非接觸式等，以下分別進(jìn)行分析。

接觸式的電抗器振動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法是通過(guò)在電抗器中布置傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集，加速度傳感器主要是用來(lái)采集振動(dòng)信號(hào)，將振動(dòng)機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)信息分析系統(tǒng)，診斷油浸式電抗器是否存在故障[3]。

對(duì)于非接觸式的電抗器振動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法，則是利用激光的多普勒效應(yīng)，通過(guò)激光測(cè)振儀，對(duì)油浸式電抗器的關(guān)鍵振動(dòng)部位進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)信息的采集。

在具體的油浸式電抗器振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量過(guò)程中，主要是利用激光對(duì)電抗器測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)位移進(jìn)行測(cè)量和采集，并將數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中。通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)在時(shí)域和頻域中進(jìn)行特征分析，根據(jù)振動(dòng)特征圖譜，對(duì)振動(dòng)信號(hào)中的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和提取，得出相應(yīng)的結(jié)論。

2.2 油浸式電抗器的振動(dòng)診斷技術(shù)

當(dāng)采集到油浸式電抗器的振動(dòng)信號(hào)后，根據(jù)振動(dòng)信息可以辨識(shí)出電抗器的運(yùn)行狀態(tài)，包括電抗器各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅度和振動(dòng)產(chǎn)生的位移大小，以及油浸式電抗器是否出現(xiàn)了故障等。

本文以某變電站中運(yùn)行的油浸式電抗器振動(dòng)測(cè)試及診斷為例，進(jìn)行具體的案例分析，所采用的振動(dòng)信號(hào)測(cè)量方法包含接觸式和非接觸式。通過(guò)接觸式測(cè)量方法，在油浸式電抗器中不同測(cè)點(diǎn)布置加速度傳感器。同時(shí)采用激光測(cè)振儀，通過(guò)進(jìn)行光學(xué)分析，得出油浸式電抗器在振動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的位移。經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，得出的油浸式電抗器各測(cè)點(diǎn)的加速度有效值如下圖1所示。

根據(jù)上圖1的測(cè)試結(jié)果可知，不同的測(cè)點(diǎn)其加速度有效值存在著較大的差異，其中#1、#2、#11、#12、#13等測(cè)點(diǎn)的加速度有效值較大，表明這些測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅度較大。通過(guò)對(duì)比這些測(cè)點(diǎn)分布的位置得知，該電抗器在上下方向的振動(dòng)最為明顯，其次為前后方向的振動(dòng)，振動(dòng)幅度最小的為左右方向，在振動(dòng)幅度大的方向可以采取相應(yīng)的減振措施。同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)試得出的不同測(cè)點(diǎn)的油浸式電抗器的位移有效值如下圖2所示。

由上圖2可知，在油浸式電抗器中的#3測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)位移較大，據(jù)此可以分析油浸式電抗器在此處是否存在安裝部件松動(dòng)的情況。此外，還可以對(duì)上述測(cè)量得到的信號(hào)進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析，得出哪個(gè)頻率成分含量最高，并通過(guò)分析該頻率段含量高的原因，從而采取措施降低油浸式電抗器的振動(dòng)幅度。

三、油浸式電抗器的減振措施分析及應(yīng)用

當(dāng)油浸式電抗器在運(yùn)行過(guò)程中存在較大的振動(dòng)噪聲時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施加以整改。對(duì)變電站內(nèi)的電抗器采取減振降噪措施，可減輕設(shè)備振動(dòng)對(duì)變電站戶內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的損壞，同時(shí)還具有減小對(duì)周圍居民干擾的環(huán)境效益，故采用該措施具有工程實(shí)際意義。

減振降噪方法可分為噪聲控制方法和振動(dòng)控制方法，對(duì)于噪聲控制方法，可分為吸聲方法和消聲方法。吸聲方法為將已經(jīng)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲通過(guò)某種吸聲裝置或吸聲材料加以吸收，從而降低振動(dòng)噪聲。當(dāng)電抗器安裝在室內(nèi)時(shí)，可通過(guò)在電抗器室內(nèi)墻壁上涂刷吸聲材料以降低噪聲。吸聲處理后的降噪量計(jì)算方法可參照以下經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：和分別為最大吸聲降噪量和平均吸聲降噪量;和分別為吸聲器的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，具體取值可參考文獻(xiàn)[4]中所述。

其次是采用消聲方法，這種方法為通過(guò)額外加裝消聲器達(dá)到降噪的效果。電抗器可采用機(jī)械排風(fēng)措施，振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲通過(guò)風(fēng)機(jī)向外傳遞，風(fēng)機(jī)自身也為噪聲源，故應(yīng)在風(fēng)機(jī)出口處裝設(shè)消聲器。阻尼消聲器的數(shù)學(xué)模型可參照以下經(jīng)驗(yàn)公式[5]：

式中：為消聲量;為消聲系數(shù);h和s分別為阻尼消聲器通道的截面周長(zhǎng)和截面面積。從阻尼消聲器的經(jīng)驗(yàn)公式中可看出，消聲量與消聲器通道的截面周長(zhǎng)和截面面積相關(guān)。

對(duì)于振動(dòng)控制方法，為從振動(dòng)激勵(lì)源出發(fā)降低振動(dòng)幅度，從而降低噪聲，包括安裝低噪聲的電抗器和采用彈簧隔振的方法。油浸式電抗器為直接安裝在地面上的設(shè)備，如基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不夠合理，則容易產(chǎn)生振動(dòng)噪聲，故需在地面與電氣設(shè)備間裝設(shè)減振裝置，屬于隔振方法，可對(duì)油浸式電抗器器身設(shè)置彈簧減振基礎(chǔ)。

彈簧隔振器是利用黏滯阻尼器中的活塞在黏滯阻尼劑中做功，減小油浸式電抗器的振動(dòng)向地面的傳遞，從而取得隔振的效果，在實(shí)際工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)油浸式電抗器的振動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和在線監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油浸式電抗器的狀態(tài)評(píng)價(jià)和故障判別，對(duì)于保證油浸式電抗器的可靠運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。今后可以將油浸式電抗器的振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和共享，構(gòu)建油浸式電抗器的故障專家數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步提高對(duì)油浸式電抗器的運(yùn)維效率和運(yùn)維質(zhì)量。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 田肖飛， 孫文星， 楊賢， et al. 油浸式并聯(lián)鐵心電抗器缺陷分析及整改措施[J]. 廣東電力， 2019， 32（02）：152-159.

[2] 鄭一鳴， 孫翔， 張建平， et al. 振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法在特高壓電抗器缺陷分析中的應(yīng)用[J]. 浙江電力， 2018， 037（001）：27-31.

[3] 宮林平. 油浸式并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化措施[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2019， 000（009）：96-97.

[4] 宮林平， 薛雷. 淺談?dòng)徒讲⒙?lián)電抗器鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技投資， 2018， 000（033）：287-289.

[5] 安典強(qiáng). 應(yīng)用油色譜分析的油浸式高壓設(shè)備故障診斷[J]. 智能城市應(yīng)用， 2019， 002（002）：P.98-102.