基于弹性力学-热力学的变压器铁芯磁致伸缩振动模型与松动故障诊断方法

作     者：曹辰 路敦林 徐博文 李晓龙 何龙 朱咏明 CAO Chen;LU Dunlin;XU Bowen;LI Xiaolong;HE Long;ZHU Yongming

作者机构：沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870 西交利物浦大学土木工程学院苏州215123 国网新疆电力有限公司昌吉供电公司昌吉831100 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2024年第50卷第5期

页      面：2146-2157,I0038页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52107157) 国网新疆电力有限公司科技项目(5230CJ230002) 辽宁省教育厅科技项目(JYTMS20231208) 

主　　题：变压器 铁芯 磁致伸缩 振动信号 松动诊断 

摘      要：为了准确分析变压器铁芯磁致伸缩现象,建立了弹性力学与热力学耦合的铁芯振动理论模型,并基于奇异性分解理论提出了松动故障诊断方法。首先通过耦合弹性力学中的应变能和热力学中的弹性自由能,建立了表征变压器铁芯多频段的磁致伸缩振动数学模型;接着考虑了基于弹性力学的非线性力-磁耦合机制的影响,建立了振动多频段多物理场仿真模型,得到了铁芯0~1000 Hz的多频段振动特性;然后搭建了变压器铁芯磁致伸缩振动采集平台,对10 kV变压器铁芯进行了振动监测试验。试验结果表明,铁芯振动除100 Hz基频以外,还含有200~600 Hz的振动信号,A、B相的实测结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真与试验一致,验证了仿真模型的正确性;之后建立了铁芯松动故障模型,得到部分与完全松动状态下的振动特性。最后,对获得的振动信号进行故障诊断,以铁芯正常、部分松动、完全松动的不同状态信号为基础,提出了基于奇异性分解理论的方法,计算的特征量分别为0.0524、0.2822、1.5059,说明随着松动程度的逐渐加剧,特征量逐渐增大,验证了诊断方法的准确性。