变压器的振动状态分析与光纤光栅监测研究

发布时间：2017-07-20 07:10

  本文关键词：变压器的振动状态分析与光纤光栅监测研究

  更多相关文章： 变压器振动 状态监测 光纤光栅 有限元分析 测点选择 盲源分离 JADE算法

【摘要】：电力变压器作为电力工业中的关键部分,是电力工业正常运行中起到电压转换功能的核心部件。铁心与绕组是变压器振动产生的主要振源,所以振动信号中包含有大量铁心与绕组的运行状态信息可以通过采集变压器振动信号来对变压器运行状态进行预测与诊断。同时可以利用光纤光栅绝缘耐腐蚀等特点,将传感器布设到变压器内部,以便获得更大的信噪比。本文主要研究内容如下：1.首先分析了变压器的基本工作原理,分析了铁心及绕组的振动机理及振动原因,得到铁心的振动主要是由于磁滞伸缩现象产生的,而绕组振动的主要原因是由于电场力造成的,且其振动均是以电网基本频率的2倍即100Hz为基频,且主要分布在100Hz至500Hz范围内。之后分析得到可以将振动信号转变为光纤波长移位,并根据具体结构分析得到光纤光栅波长改变量与加速度具有线性变化关系。最后通过实验得到选用的传感器灵敏度为82pm/g,工作频率为50至550Hz,基本符合对变压器监测的要求。2.在分析前人工作的基础上,根据实际变压器参数利用ANSYS软件建立铁心及铁心-绕组模型,并根据铁心及绕组-铁心固定在地面分别施加约束,通过有限元法分析计算铁心及铁心-绕组模型。得到铁心模型的前三阶固有频率为131.11 Hz、 280.12Hz、399.27Hz,铁心-绕组前三阶固有频率为70.807Hz、142.59Hz、163.73Hz,并得到相应振型。通过对于振型的分析得到应该将传感器布设于铁心顶部以便获得更大的信号。同时通过对于谐响应信号的分析在布设过程中应该注意的两个方向,为进一步实际监测提供了理论基础。3.在现场监测实验中,选用35KV,S13-12500/35型油浸式变压器。将光纤Bragg光栅振动传感器布设在变压器内部,固定在变压器铁心顶部,分别使其敏感方向与变压器振动的两个敏感方向相对应。外部连接光纤Bragg光栅高速解调仪及上位机对信号进行采集监测。首先测得其空载运行时的振动信号,之后在负载情况下进行监测,得到其负载运行下的振动信号。然后通过JADE算法将两组负载信号分离,分析其频谱特征。发现在分解振动信号1在从100Hz起到其各次谐波分量相对于空载振动数据的相对误差分别为0%、18%、9%、54%、17%,平均相对误差为19.6%。并分析铁心三阶固有频率为399.27Hz,因此这可能是导致铁心振动信号在400Hz处振幅较大的原因。
【关键词】：变压器振动 状态监测 光纤光栅 有限元分析 测点选择 盲源分离 JADE算法
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景与意义11-14
• 1.2 课题研究现状14-17
• 1.2.1 变压器振动监测研究现状14-16
• 1.2.2 光纤Bragg光栅传感方法研究现状16-17
• 1.3 课题研究内容17-19
• 第二章 变压器振动原理与传感器性能分析19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 变压器基本原理19-20
• 2.3 铁心振动监测原理20-22
• 2.3.1 铁心振动机理20-22
• 2.3.2 铁心振动产生原因22
• 2.4 绕组振动监测机理22-26
• 2.4.1 绕组振动机理22-25
• 2.4.2 绕组振动原因25-26
• 2.5 传感器性能分析26-36
• 2.5.1 振动传感器的选用26-27
• 2.5.2 光纤Bragg光栅振动信号转换原理27-28
• 2.5.3 光纤Bragg光栅振动传感器的工作结构28-30
• 2.5.4 实验布置30
• 2.5.5 实验结果及性能参数30-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 变压器有限元分析与测点选择37-43
• 3.1 引言37
• 3.2 有限元分析介绍37
• 3.3 建立模型与约束条件37-38
• 3.4 仿真分析及测点确定38-42
• 3.4.1 背景介绍39
• 3.4.2 仿真分析结果39-42
• 3.4.3 仿真分析结论42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 变压器振动监测及信号处理与分析43-61
• 4.1 引言43
• 4.2 实验变压器介绍43-44
• 4.3 实验布置44-45
• 4.4 盲源分离算法45-53
• 4.4.1 盲源分离算法原理45-47
• 4.4.2 数据预处理47-48
• 4.4.3 JADE算法48-50
• 4.4.4 算法仿真50-53
• 4.5 实验数据分析53-58
• 4.5.1 实验数据初步分析53-56
• 4.5.2 盲源分离后的实验数据分析56-58
• 4.6 本章小结58-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-71
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及科研成果71-73
• 附录B 盲源分离程序代码73-78

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