物联网背景下油浸式电抗器的振动诊断及减振措施分析

候保清 李毅 李小平王健周露

【摘要】    油浸式电抗器在运行的过程中，电抗器中的铁芯和绕组会产生一定的电磁振动。在泛在电力物联网背景下，利用先进的传感器技术，对油浸式电抗器的振动信息进行在线监测和状态评估，可以有效评估油浸式电抗器的运行状态和及时发现存在的故障隐患。本文详细分析了油浸式电抗器的振动诊断方法，并介绍了油浸式电抗器的减振方法。

【关键词】    油浸式    电抗器    振动诊断      减振措施

引言

采用电抗器可以吸收系统中的无功功率，在调节系统电压方面发挥着重要的作用。电抗器包括油浸式和干式空心等两类，其中油浸式电抗器的运行稳定性更高，并且通过对油浸式电抗器的振动、压力等进行监测，可以掌握油浸式电抗器的运行状态信息，比干式空心电抗器更容易实现监控，在实际应用中具有较为明显的优势[1]。本文主要对油浸式电抗器的振动进行监测，并通过提取振动信息中的特征，对电抗器的运行状态进行研判，保证油浸式电抗器的安全可靠运行。

一、油浸式电抗器的振动产生机理

油浸式电抗器在实际应用中具有优点，如出现故障的概率较低，绝缘性能受到外界环境的影响也较小，并且占地也相对较少。但油浸式电抗器在运行的过程中，可能会出现发热量大、振动大、噪声大等问题，对此应加以重视。

对于油浸式电抗器的振动产生机理，油浸式电抗器在内部存在电磁涡流，不同叠片之间存在着电磁力，当外部交流电在不断变化时，就容易引起电抗器铁芯振动。此外油浸式电抗器在运行的过程中，电抗器所经过的磁路包括铁芯和气隙，在运行的过程中难免会存在漏磁通，这点和电力变压器类型[2]。当产生振动的激励频率和系统的频率相一致时，此时容易出现共振的现象，这些都是油浸式电抗器产生振动的原因。

随着电抗器技术的发展，通过安装低噪声的电抗器，可减小变电站中电抗器的振动噪声。低噪声的电抗器一般采用性能好的硅片以减少漏磁通，从而降低噪声，但较常规电抗器投资有所增加，综合效益可能下降，且对制造工艺等相关技术要求较高，故在普通变电站中一般不宜采用。

二、物联网背景下的油浸式电抗器的振动诊断技术

2.1 物联网背景下的振动数据采集

目前泛在电力物联网建设已经在电网企业中得到开展，物联网技术在数据信息采集方面具有天然的优势，通过智能感知技术和先进的网络通信传输技术，可以实现数据信息的准确采集和分析处理。油浸式电抗器的振动信号采集和泛在电力物联网建设具有密切的联系，在振动信号采集的过程中，主要是在电抗器不同的测点中布置传感器设备，一般选择振动的特征点处进行布置。电抗器的振动数据采集方法包括接触式和非接触式等，以下分别进行分析。

接触式的电抗器振动数据采集方法是通过在电抗器中布置传感器进行数据信息的采集，加速度传感器主要是用来采集振动信号，将振动机械信号转化为电信号，并传输到数据信息分析系统，诊断油浸式电抗器是否存在故障[3]。

对于非接触式的电抗器振动数据采集方法，则是利用激光的多普勒效应，通过激光测振仪，对油浸式电抗器的关键振动部位进行振动数据信息的采集。

在具体的油浸式电抗器振动信号的测量过程中，主要是利用激光对电抗器测量点产生的振动位移进行测量和采集，并将数据记录到数据分析系统中。通过对振动信号在时域和频域中进行特征分析，根据振动特征图谱，对振动信号中的特征数据进行挖掘和提取，得出相应的结论。

2.2 油浸式电抗器的振动诊断技术

当采集到油浸式电抗器的振动信号后，根据振动信息可以辨识出电抗器的运行状态，包括电抗器各个测点的振动幅度和振动产生的位移大小，以及油浸式电抗器是否出现了故障等。

本文以某变电站中运行的油浸式电抗器振动测试及诊断为例，进行具体的案例分析，所采用的振动信号测量方法包含接触式和非接触式。通过接触式测量方法，在油浸式电抗器中不同测点布置加速度传感器。同时采用激光测振仪，通过进行光学分析，得出油浸式电抗器在振动过程中所产生的位移。经过测试分析，得出的油浸式电抗器各测点的加速度有效值如下图1所示。

根据上图1的测试结果可知，不同的测点其加速度有效值存在着较大的差异，其中#1、#2、#11、#12、#13等测点的加速度有效值较大，表明这些测点的振动幅度较大。通过对比这些测点分布的位置得知，该电抗器在上下方向的振动最为明显，其次为前后方向的振动，振动幅度最小的为左右方向，在振动幅度大的方向可以采取相应的减振措施。同时经过测试得出的不同测点的油浸式电抗器的位移有效值如下图2所示。

由上图2可知，在油浸式电抗器中的#3测点所产生的振动位移较大，据此可以分析油浸式电抗器在此处是否存在安装部件松动的情况。此外，还可以对上述测量得到的信号进行振动频谱分析，得出哪个频率成分含量最高，并通过分析该频率段含量高的原因，从而采取措施降低油浸式电抗器的振动幅度。

三、油浸式电抗器的减振措施分析及应用

当油浸式電抗器在运行过程中存在较大的振动噪声时，应采取相应的减振措施加以整改。对变电站内的电抗器采取减振降噪措施，可减轻设备振动对变电站户内建筑结构的损坏，同时还具有减小对周围居民干扰的环境效益，故采用该措施具有工程实际意义。

减振降噪方法可分为噪声控制方法和振动控制方法，对于噪声控制方法，可分为吸声方法和消声方法。吸声方法为将已经产生的振动噪声通过某种吸声装置或吸声材料加以吸收，从而降低振动噪声。当电抗器安装在室内时，可通过在电抗器室内墙壁上涂刷吸声材料以降低噪声。吸声处理后的降噪量计算方法可参照以下经验公式：

式中：和分别为最大吸声降噪量和平均吸声降噪量;和分别为吸声器的经验参数，具体取值可参考文献[4]中所述。

其次是采用消声方法，这种方法为通过额外加装消声器达到降噪的效果。电抗器可采用机械排风措施，振动产生的噪声通过风机向外传递，风机自身也为噪声源，故应在风机出口处装设消声器。阻尼消声器的数学模型可参照以下经验公式[5]：

式中：为消声量;为消声系数;h和s分别为阻尼消声器通道的截面周长和截面面积。从阻尼消声器的经验公式中可看出，消声量与消声器通道的截面周长和截面面积相关。

对于振动控制方法，为从振动激励源出发降低振动幅度，从而降低噪聲，包括安装低噪声的电抗器和采用弹簧隔振的方法。油浸式电抗器为直接安装在地面上的设备，如基础设计不够合理，则容易产生振动噪声，故需在地面与电气设备间装设减振装置，属于隔振方法，可对油浸式电抗器器身设置弹簧减振基础。

弹簧隔振器是利用黏滞阻尼器中的活塞在黏滞阻尼剂中做功，减小油浸式电抗器的振动向地面的传递，从而取得隔振的效果，在实际工程中获得了广泛的应用。

四、结论

通过对油浸式电抗器的振动信息进行实时采集和在线监测，可以实现对油浸式电抗器的状态评价和故障判别，对于保证油浸式电抗器的可靠运行发挥了重要作用。今后可以将油浸式电抗器的振动监测数据进行存储和共享，构建油浸式电抗器的故障专家数据库，进一步提高对油浸式电抗器的运维效率和运维质量。

参  考  文  献

[1] 田肖飞， 孙文星， 杨贤， et al. 油浸式并联铁心电抗器缺陷分析及整改措施[J]. 广东电力， 2019， 32（02）：152-159.

[2] 郑一鸣， 孙翔， 张建平， et al. 振动监测方法在特高压电抗器缺陷分析中的应用[J]. 浙江电力， 2018， 037（001）：27-31.

[3] 宫林平. 油浸式并联电抗器结构分析及设计优化措施[J]. 科技创新导报， 2019， 000（009）：96-97.

[4] 宫林平， 薛雷. 浅谈油浸式并联电抗器铁心结构设计[J]. 中国科技投资， 2018， 000（033）：287-289.

[5] 安典强. 应用油色谱分析的油浸式高压设备故障诊断[J]. 智能城市应用， 2019， 002（002）：P.98-102.