学术简报︱用振动法监测变压器铁心状况时加速度传感器的最佳位置选择
国网河北省电力公司保定供电分公司、东北电力大学电气工程学院的研究人员刘胜军、程成、沈辰、龚乐乐、蔡新景，在2019年第10期《电气技术》杂志上撰文指出，铁心松动是变压器的常见故障。当铁心松动时，由硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动信号发生变化，传递到箱体表面的振动信号也会随之发生变化，因此可通过分析箱体表面振动信号（即振动法）来监测变压器铁心状况。
本文采用加速度传感器对一台空载调压器进行多测点振动特性测试，分析了典型测点振动信号的频谱特性，根据箱体上振动信号幅值与电压平方关系，找到监测铁心状况时最佳传感器的布置区域。由于调压器的结构类似一般绕线式异步电动机，且使其工作于制动状态下，故其作用原理与变压器基本原理相似。因此，本文的分析和结论可为振动法监测变压器运行状况的现场应用提供参考。
电力变压器是电力系统的关键设备，其运行可靠性直接关系到电网的运行安全。电力变压器常见故障有绕组变形、铁心松动、油纸绝缘老化和分接开关故障等。据统计，绕组变形和铁心松动约占总故障的60%。其中，铁心问题造成的故障在变压器总事故中排第三位。
振动信号的变压器运行状况在线监测方法不仅具有安装简单、不影响变压器正常稳定运行等优点，而且振动信号中所包含的丰富的运行状况特征信息，有利于对变压器运行状况的诊断。但是，鉴于积累数据较少，变压器振动监测系统监测振动信号的准确度、有效性还需进一步研究。
变压器在正常运行时，绕组在负载电流电磁力作用下会发生振动，硅钢片因发生磁致伸缩也会引起铁心振动，通过变压器绕组及铁心支撑件、变压器油的传递引起油箱振动，因此通过采集油箱器身振动信号可判断绕组和铁心的运行状况。基于振动法的变压器在线监测系统因其灵敏度高、与电力系统无电气连接等优点引起人们的广泛关注。
西班牙马德里理工大学García等人通过对变压器绕组和铁心受力分析，发现绕组振动信号幅值与电流平方成正比，铁心振动信号幅值与电压的平方成正比，绕组和铁心振动信号基频均为100Hz。
中国科学技术大学吴书有通过对单相试验变压器进行振动测试，验证了箱体振动模型中上述3个发现的正确性。
华北电力大学徐樊浩分析了绕组预紧力与振动加速度之间的关系，并选取振动信号的频率复杂度和各频段能量分布百分比作为特征指标来评估变压器的运行状况。
华北电力大学宋天慧分析了变压器振动信号的时域峰值、傅里叶频谱和小波分析能量谱特征，构造了可用来表征绕组和铁心状况的特征向量。
浙江大学林爱弟通过分析不同测点振动信号的各频率分量幅值与负载电流之间的关系，发现箱壁平板结构的振动与负载电流相关性较高，而箱壁加强筋结构的振动与负载电流相关性较低，因此认为监测变压器绕组状况时应选择箱壁平板结构作为振动测试区域。
本文采用加速度传感器对一台空载调压器进行多测点振动测试，分析了不同副边电压对各个测点振动信号的频谱特性，根据箱体上振动信号幅值与电压平方相关性找到监测铁心状况时的最佳传感器布置区域，为采用振动法监测变压器运行状况提供理论指导。
图1 振动特性测试实验布置图
1）铁心振动信号具有周期特性，箱体上表面振动信号为单极性，箱体侧面振动信号为双极性。
2）箱体振动信号能量主要集中于0～800Hz，某些频率成分是由铁心的磁致伸缩引起的磁场力和硅钢片缝隙间的电磁力共同作用而产生的。
3）监测感应调压器铁心状况的最佳传感器位置是在转子铁心上的测点。
4）由于感应调压器的原边绕组存在电流，因此测量得到的振动信号包含绕组振动。如何把绕组振动信号和铁心振动信号分离开值得进一步研究。