基于Hilbert-Huang变换的电力变压器铁心压紧力监测方法 HHT based method for monitoring core clamping pressure of power transformers.pdfVIP

振动与冲击 第29卷第9期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK V01．29No．92010 陈祥献1，王婧烦1，黄海1，郭洁1，洪凯星2 (1．浙江大学仪器科学与工程学系，杭州310027；2．浙江大学电机工程学系，杭州310027) 摘 要：利用Hilbert．Huang变换对信号的自适应特性，提出一种基于振动法的电力变压器铁心压紧力在线监测方 法。通过对铁心振动信号进行经验模式分解(EEMD)，得到一组特征模式函数(IMFs)，根据铁心振动特性确定出反映压 紧力变化的IMFs，计算IMFs的瞬时频率和时频能量分布，用瞬时频率和时频能量分布构建能够表述铁心压紧力的特征 矢量，经距离算法计算特征矢量的长度值，实现铁心压紧力变化的在线监测。实验结果表明，由Hilbert—Huang变换得到 的铁心振动时频能量分布具有明确的物理意义，提出的特征矢量和距离算法能够有效反映铁心在不同压紧力状况下的振 动特性，为电力变压器的振动在线状态监测与故障诊断奠定了良好的基础。 关键词：铁心振动；压紧力；EEMD；电力变压器 中图分类号：TM403．1 文献标识码：A 大型电力变压器是电网系统中的关键设备，铁心 信号自身，有直接、明确的物理意义，能够很好地适用 作为变压器主要部件之一，对变压器的电磁性能、机械 于非线性、非平稳信号的分析。本文采用HHT方法对 强度等起着至关重要的作用…，一旦发生故障将造成 铁心振动信号进行深入研究与分析，提出一种有效提 严重后果，因此对变压器铁心状态进行在线监测意义 取铁心振动特征信息的新方法，实现铁心压紧力变化 重大。 的监测。 近年来国内外在基于振动法的变压器铁心状态在 1原理与方法 线监测方面做了很多深入研究旧qJ。C．Bartoletti等口1 通过对声音一振动信号进行特征提取将变压器分为 1．1铁心振动 新、旧和故障三种类别。Z．Berler等口1运用频谱能量变压器稳定运行时，铁心振动主要来源于硅钢片 分析计算铁心的压紧系数。汲胜昌等Mo和熊卫华等¨1 的磁致伸缩和叠片间特别是接缝处的电磁力L6J。 分别提出基于小波包的变压器“能量一故障”和基于 磁致伸缩是指硅钢片励磁时磁畴结构发生变化， Hilbert—Huang变换(Hilbert—HuangTransformer，HHT)时 从而导致材料体积和长度发生变化的现象。其大小为 频能量谱的铁心故障判别方法。 所有磁畴磁致伸缩的矢量和，在压紧力、温度等影响因 变压器铁心振动主要由硅钢片的磁致伸缩和接缝 素不变的情况下主要取决于铁心的磁化强度肘17J，如 处电磁力引起，铁心的刚度及阻尼随着振动而不断变 公式(1)所示： 化，因此铁心振动具有显著的非线性特征。当铁心的 压紧力改变时，其振动更显其复杂性。上述研究方法 A(肘)=∑yiM2i (1) 大多是基于傅里叶变换的谐波分析方法(小波变换本 其中比例系数y，与硅钢片材料及其磁化强度朋有关， 质上是可变窗口的傅里叶变换)，适用于线性信号的分 由实验数据计算得到。从上式可见，由于磁化强度的 析，对具有非线性特性的信号具有局限性。文献[6]也 饱和特性，磁致伸缩产生的振动具有明显的非线性 只是用HHT方法对铁心振动信号作了时频能量谱的 特性。 分析，没有得出有效的监测方法。铁心振动信号的傅 铁心中的电磁力由分布于其中的磁通引起，其中 里叶谐波表示尽管在数学上是正确的，但由于表示谐 接缝处的电磁力是产生铁心振动的一个主要原因。铁 波的基函数是事先给定的，这种谐波不具有明确的物 心中主磁通在接缝处遇到空气缝隙时分布较为复杂： 理意义，不能真实准确地表征铁心振动的自然特征。