变压器直流偏磁的振动特性研究

第 37卷 　第 1期 2009年 1月 Vol. 37　No. 1 Jan. 　2009 变压器直流偏磁的振动特性研究 蒋跃强 1 ,李红雷 2 ,周行星 2 ,黄 　华 2 (1. 华东电网有限公司 ,上海 　200002; 2. 华东电力试验研究院有限公司 ,上海 　200437) 摘 　要 :阐述了围绕中性点直流电流导致变压器振动开展的研究工作。运用实验室模拟试验和现场实测 ,研 究了直流偏磁导致的变压器振动频谱的频率分布 , 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了偏磁电流、运行电压对振动强度、振动频率的影响 , 研究结果表明 ,直流偏磁会导致振动强度、振动奇次谐波和高次谐波的增加 ,特别是会引起非 100 Hz整数倍 的高频振动。 关键词 :变压器 ;振动 ;中性点 ;直流偏磁 作者简介 :蒋跃强 (19652) ,男 ,高级工程师 ,主要从事电网生产管理工作。 中图分类号 : TM403　　文献标志码 : A　　文章编号 : 100129529 (2009) 0120132204 Study of v ibra tion of tran sform ers under DC b ia s J IANG Yue2qiang1 , L I Hong2lei2 , ZHOU X ing2x ing2 , HUANG Hua2 (1. East China Grid Company L im ited, Shanghai 200002, China; 2. East China Electric Power Test & Research Institute Co. , L td, Shanghai 200437, China) Abstract: The research on abnormal transformer vibration caused by DC current in its neutral point was p resented. Through simulation tests in the laboratory and tests in substations, frequency distribution of transformer vibration in2 duced by DC bias was studied, and the influences of DC bias current and operational voltage on vibration intensity and frequency were analyzed. The results showed thatDC biaswould increase vibration intensity, odd harmonics, and high harmonics, especially it could lead to high frequency vibration of non2integral multip le of 100 Hz. Key words: transformer; vibration; neutral point; DC bias 　　高压直流单极大地运行方式、非线性负荷、太 阳磁暴等 ,均可能在变压器的中性点串入直流电 流 ,影响变压器的激磁工作点 ,导致变压器异常振 动 ,对变压器的运行产生潜在的危害。 华中送华东的 500 kV直流已经有 3回 ,其中 上海已有 2回 ,上海芦潮港到嵊泗的小直流也已 投用。按照国家电网公司规划 ,近期上海还有 1 回 500 kV高压直流和 1回 800 kV特高压直流送 入。同时 ,随着新建交流变电站不断投运 ,变电站 星罗棋布 ,发生变压器噪音和振动增大的现象越 来越频繁 ,直流偏磁不利于设备的长期运行 ,然而 目前尚缺乏评价变压器直流偏磁能力的手段。 1　振动成因和振动频谱 变压器的振动和噪声是由铁心、绕组、附件等 产生的 ,其中铁心往往占主要成分。铁心振动是 由硅钢片的磁致伸缩引起的。铁心振动过大的原 因分为 2方面 ,一方面是变压器设计和制造工艺 上的 ,另一方面是在变压器运行中 ,由各种因素造 成的。后者主要原因在于 [ 1 ] : (1) 电网电压偏高 ,使得变压器工作磁密提 高 ,导致振动和噪声增大。 (2) 如果电流和电压含有较多的高次谐波 , 会使铁心中主磁通发生畸变。除基波磁通外 ,其 中还含有大量的高次谐波。因为声波频率越高就 越容易获得较大的声压和声强 ,所以变压器的振 动和噪声会增大。 (3) 变压器接地系统中出现直流分量 ,或三 相负载严重不平衡时 ,会出现较大的零序电流 ,铁 心中产生较大的零序磁通。零序磁通改变了各相 磁通的大小和相位 ,使得铁心单相或两相磁密严 重升高或饱和 ,变压振动器振动噪声会明显增大。 (4) 变压器铁心多点接地或铁心硅钢片短路 时 ,会使铁心局部磁通畸变 ,引起变压器振动噪声 增大。 由于硅钢片磁致伸缩的周期是电网频率 ( 50 Hz)的半个周期 ,所以铁心硅钢片引起的振动 ,往 往是以 2倍电网频率、即 100 Hz为其基频的 [ 2 ]。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 蒋跃强 ,等 　变压器直流偏磁的振动特性研究 133 2　振动测试仪器和方法 振动信号的频谱通过 SIGNALCALC730动态 数据采集系统进行采集。该仪器分析带宽为 42 kHz,可同时采集 16路信号。拾振元件采用 Mod2 el 356A16 ICP型三维加速度传感器。 在变压器的外壳上 ,上下为本体高度的 1 /2 高度处选择测点 ,用磁力座固定加速度传感器进 行振动测试。选择测点的原则是尽量等间隔 ,并 能忠实地反映由变压器底架传来的变压器本体的 振动 ,避开机箱门等振动过大的部位。 从振动的频域谱图看 ,传感器的 x、y方向与 z 方向信号非常相似 ,但幅值比 z方向小 ,易受到干 扰 ;所以主要分析传感器 z方向、即垂直变压器箱 壁方向的振动信号。 3　直流偏磁的现场测试 2007年 4月 22日 ,三峡送上海的宜华直流 单极大地方式运行 ,距离宜华直流接地极较近的 220 kV干练变电站变压器噪声突然增大 ,这是一 起典型的高压直流单极大地运行方式下地中直流 对变压器影响的实例。在现场对变压器噪声和振 动进行了测试。 干练站有 2台主变 ,型号相同 ,在测试期间负 荷相近。1号主变中性点接地 ,实测直流电流值 为 22. 5 A (方向为电流由地中流出 ) ; 2号主变中 性点对地绝缘。 在每台主变周围布置 22个测点进行噪声测 试 ,见图 1。可见 ,中性点接地的 1号主变的噪声 , 比中性点不接地的 2号主变普遍大 10 dB左右。 图 1　干练站主变噪声比较 在主变周围布置 12个测点进行振动频谱测 试 ,发现了振动强度和频率分布存在明显规律 ,选 取 2个测点 (设为测点 1和 2)为例进行说明 ,见 图 2、3。 (1) 1号主变的振动强度明显大于 2号主变 对 12个测点的振动数据分析表明 , 1号主变 在 12个测点的最强分量都 > 150 mg,其中 5个测 点幅值 > 400 mg。2号主变有 9个测点的最强分 量的幅值 < 100 mg,仅有 3个测点 > 100 mg。 (2) 1号主变的振动频率分布异常 2号主变振动的频率分布简单 ,较强的振动 分量均出现在 100 Hz的整数倍处。 1号主变的频率分布比较复杂 : 1) 振动能量 分布的频率范围较大 ,存在很多高频分量。2) 有 很多强振动分量 ,出现在非 100 Hz整数倍处 ,例 如 ,测点 1的最强分量位于 150 Hz,测点 2的最强 分量位于 550 Hz。在 12个测点中 ,有 5个测点的 最强分量位于 150或 550 Hz处。 理论上讲 ,铁心硅钢片引起的振动 ,是以 2倍 电网频率、即 100 Hz为其基频的。由于某种原因 出现的谐波 ,一般出现在 100 Hz的整倍数处 ,如 : 200、300 Hz等 , 500 Hz以上的就很少了。而 1号 主变的振动频率分布异常 ,在非 100 Hz整倍数的 频率上出现很多强振动分量。 因此可以推断 ,高压直流输电单极大地方式下 运行时 ,地中直流串入 1号主变的中性点 ,导致变压 器直流偏磁 ,噪声增加 10 dB以上 ;振动加速度则成 数 10倍增加 ,尤其反映在振动的加速度频谱中 ,奇 次谐波 (即非 100 Hz整数倍的频率分量 )显著增加 , 并成为主要的谐波分量 ,高次谐波成分显著增加。 图 2　测点 1振动加速度谱的比较 图 3　测点 2振动加速度谱的比较 4　直流偏磁的实验室测试 4. 1　试验条件及方法 在实验室开展了变压器在不同直流偏磁情况 下的测量分析。采用 10 kV /400 V三相 3柱心式 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 134 2009, 37 (1) 配电变压器作为试品 ,接线组别为 Dyn11。 采用 2台 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 一致的变压器试品并列加压 , 同时在交流加压回路中串接可以调节的直流电压 源 ,由此实现交直流的混合加压 ,模拟变压器不同 的直流偏磁条件下 ,变压器空载运行的情况。 以 Dyn11连接的变压器试品 1为研究对象 , 在变压器低压侧施加交流电压 ,在变压器高压侧 A相施加直流 ,具体的试验接线见图 4。 采用了三相 3柱心式的变压器 ,如果对三相 建立同样的直流偏磁 ,显然无法建立可以流通的 磁通 ,所以就不会对变压器的工作磁密产生影响。 因此本试验采用了单相施加直流偏磁的方法 ,研 究建立直流磁路后对变压器的影响。 本试验采用角接变压器两相施加幅值相同但 磁通方向相反的直流偏磁的方法 ,模拟了变压器 2个单相偏磁的情况 ,可以间接反映变压器铁心 单柱偏磁的情况。由于 2个磁势建立磁通的方向 在磁路上是一致的 ,因此起到了互相叠加的效果。 图 4　直流偏磁试验接线 (低压加交流 ,高压串直流 ) 4. 2　试验结果 直流偏磁电流施加最大到空载电流的 7倍左右。 (1) 振动强度和偏磁电流的关系 选取每个振动频谱内的最强分量 ,代表振动强 度。图 5是额定电压时振动强度和偏磁电流的关系 , 可见 ,振动强度随偏磁电流的增加而呈上升趋势。 图 5　额定电压下最大振动强度和偏磁电流的关系 (2) 最大振动强度和电压的关系 试验结果表明 ,在偏磁电流不变的情况下 ,振 动强度基本上随电压升高而增加。偏磁电流为 1. 74 A时 ,振动强度和电压的关系见图 6。 图 6　偏磁电流为 1. 74 A时最大振动强度和电压的关系 (3) 振动频率分析 在研究频率分布时 ,对每个振动频谱 ,只选取 最强和次强 2个振动分量 ;如果次强振动分量的 强度低于最强分量的 50% ,则忽略次强分量。 1) 在电压为额定电压时 ,振动频率和偏磁电流 的关系见图 7。可见 ,随着偏磁电流的增加 ,强振动 分量的频率有增加的趋势。在电流较小时 (≥0. 59 A) ,虽然高频区也有较强振动 ,但最强振动发生在低 频区 (100 Hz) ,随着电流的增加 ( > 0. 59 A) ,最强和 次强振动分量都转移到了高频区 (600 Hz及以上 )。 图 7　额定电压下振动频率分布和偏磁电流的关系 2) 不同偏磁电流下 ,振动频率和电压的关系 见图 8。可见 ,随着电压的增加 ,强振动分量的频 率有明显的增加趋势。在电压较低时 ,最强振动 均发生在低频区 (100 Hz) ,而次强振动分量往往 不存在 ,或者也发生在低频区。随着电压的升高 , 次强振动分量由无到有 ,同时最强和次强振动分 量都转移到了高频区。 图 8　偏磁电流为 1. 74 A时振动频率分布 5　结论 (1) 变压器中性点串入直流电流导致偏磁 后 ,会导致变压器油箱的振动显著增大 ,振动加速 度成数 10倍增加 ,噪声可增加 10 dB以上。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 37卷 　第 1期 2009年 1月 Vol. 37　No. 1 Jan. 　2009 电力系统稳定器整定方法的仿真研究 郭 　强 1 , 2 (1. 同济大学 电子与信息工程学院 ,上海 　200092; 2. 华东电力试验研究院有限公司 ,上海 　200437) 摘 　要 :认为通过试验确定的 PSS参数定值不能充分发挥 PSS的性能。根据并网运行机组产生弱阻尼机电振 荡问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的原理 ,在基于单机无穷大系统的仿真平台上采用完善的系统线性化计算技术 ,研究影响 PSS参数整 定的各种因素 ,确定 PSS相位补偿应遵循的原则 ,同时确定了 PSS增益合理取值区间的量化原则。对 PSS投 运试验中存在的问题和不足 ,建议增加新的试验项目 ,以检验 PSS在要求的频率范围内的综合性能。 关键词 :电力系统稳定器 ; PSS;整定方法 ;机电振荡 ;仿真 作者简介 :郭 　强 (19712) ,男 ,高级工程师 ,硕士研究生 ,从事电力系统稳定分析和研究工作。 中图分类号 : TM712　　文献标志码 : A　　文章编号 : 100129529 (2009) 0120135206 S im ula tion ba sed study of setting m ethod for power system stab ilizer Guo Q iang1, 2 (1. Tongji University, College of Electronics and Information Engineering, Shanghai 200092, China; 2. East China Electric Power Test & Research Institute Co. , Ldt. , Shanghai 200437, China) Abstract: The settings of PSS parameters decided by the test can′t exp loit the performance of PSS to the full. Accord2 ing to the theory of low damp ing of electromechanical oscillation caused by the electrical machines, this paper studies the factors which influence how to set the PSS parameters. A ll these studies are performed on the simulation p latform based on single2machine2infinite2bus system using perfect linearization computation technology. A s a result, the p rin2 cip le of phase compensation and reasonable gain quantization of PSS is determ ined. Due to some shortages existing in PSS comm issioning test, it is suggested to carry out new test item s to verify the comp rehensive performance of PSS in the specified frequency range. Key words:power system stabilizer; PSS; setting method; electromechanical oscillation; simulation 　　 (2) 实验室测试结果表明 ,在运行电压不变 的情况下 ,随着直流偏磁电流的增加 ,振动强度逐 渐增加 ,并出现更高次的谐波 ;在偏磁电流不变的 情况下 ,随着运行电压的增加 ,振动强度逐渐增 加 ,并出现更高次的谐波。 (3) 实验室和现场测试结果表明 ,变压器正 常运行时的振动频率通常为 100 Hz及其整倍数 频率 ,且主要为低次谐波 ;而由直流偏磁引起的变 压器振动 ,往往会导致非 100 Hz整倍数的高频振 动 ,奇次谐波和高次谐波显著增加。 参考文献 : [ 1 ] 程　锦 ,李延沐 ,汲胜昌 ,等. 振动法在线监测变压器绕组 及铁心状况 [ J ]. 高电压技术 , 2005, 31 (4) : 43248. [ 2 ] Bartoletti C, Desiderio M, D icarlo D, et al. V ibro2acoustic techniques to diagnose power transformers[ J ]. IEEE Trans2 actions on Power Delivery, 2004, 19 (1) : 2212229. 收稿日期 : 2008210228 本文编辑 :邵振华 　　现代电网互联规模不断增大 ,同时单机容量 也不断增大 ,电网远距离大功率输送造成输电线 路相对强度减弱 ,出现诸多弱阻尼地区或区域间 模式低频机电振荡。抑制电网运行中出现的弱阻 尼低频机电振荡模式 ,提高电网运行稳定性能 ,电 力系统稳定器 ( PSS)是最为经济有效的技术手 段 ,电网正大力开展涉网机组的 PSS投运工作。 要发挥 PSS抑制弱阻尼机电振荡的性能 ,必 须正确有效地整定 PSS的各项参数。发电机组运 行工况、励磁系统类型和调节规律、系统联系强度 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net