变压器机械故障声音模拟装置与变压器组件

本申请以2020年10月28日递交的、申请号为202022443722.8且名称为“变压器机械故障声音模拟装置与变压器组件”的专利文件为优先权文件，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及变压器机械故障识别领域，具体而言，涉及一种变压器机械故障声音模拟装置、变压器组件与模拟变压器机械故障声音的方法。

背景技术

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，其运行状态对电力系统的安全和经济运行影响很大。由于高压设备结构复杂，除了电气故障还容易产生机械故障。据不完全统计，仅2005年电力系统中110kV以上电压等级的变压器损坏事故就有18起。变压器故障不仅更换设备造成经济损失，更换设备电力中断引起的间接经济损失更为巨大。因此，变压器机械故障的研究，对及时消除变压器的隐患，提高变压器的可靠性对电力系统发展具有重要意义。

当变压器发生机械故障时往往会发出奇特的声音。故障产生的机理不同，变压器发出的声音也不同。有经验的专家可以根据声音不同辨别变压器的故障原因及机理。但故障的辨别需要经验的积累，难以学习。而且，变压器运行过程中声音嘈杂，背景噪音很大，声音经过空气传播可能发生失真，有经验的专家也难以在巨大的噪音中精确辨别出变压器故障发出的声音。因而，分析处理变压器在不同故障下的声音，研究音频数据库，建立变压器状态诊断模型，可以大大降低听声辨别变压器故障的难度，降低人工成本，提高变压器故障诊断的准确度。

通过声音信号诊断变压器是否发生机械故障是近几年新提出的研究方向。变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，会发出异响。但现今很少有针对这方面的变压器模型。为此，本专利提出一种变压器机械故障声音模拟装置，为变压器的声音诊断研究提供参考。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种变压器机械故障声音模拟装置、变压器组件与模拟变压器机械故障声音的方法，以解决现有技术中缺乏一种模拟变压器机械故障声音的装置的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种变压器机械故障声音模拟装置，包括依次串联的绕组、电阻模块、开关和交流电源，还包括E型硅钢片和条形硅钢片，所述绕组缠绕在所述E型硅钢片上，所述E型硅钢片与所述条形硅钢片之间具有预定间距。

进一步地，所述电阻模块包括多个电阻。

进一步地，所述开关为以下之一：按键开关、拨动开关、薄膜开关。

根据本申请的另一个方面，提供了一种变压器组件，所述变压器组件包括变压器本体和变压器机械故障声音模拟装置，所述变压器机械故障声音模拟装置为任意一种所述的变压器机械故障声音模拟装置。

进一步地，所述变压器组件还包括铁质部件，所述铁质部件靠近所述绕组。

进一步地，所述铁质部件包括至少以下之一：螺钉、螺母、螺栓、垫圈、铆钉。

根据本申请的又一个方面，提供了一种模拟变压器机械故障声音的方法，包括构建声音模拟装置；采用所述声音模拟装置对变压器机械故障声音进行模拟。

应用本申请的技术方案，闭合开关，使得条形硅钢片被吸附到E型硅钢片上，绕组不断振动，可以模拟变压器的铁芯绕组振动的声音，以及模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”，为实际的变压器机械故障声音提供参考。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的实施例的变压器机械故障声音模拟装置示意图；

图2示出了根据本申请的实施例的变压器机械故障声音模拟装置的部分结构示意图；

图3示出了根据本申请的实施例的变压器模型示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、绕组；20、电阻模块；30、开关；40、交流电源；50、E型硅钢片；60、条形硅钢片；70、变压器油箱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中缺乏一种模拟变压器机械故障声音的装置，为了解决如上缺乏一种模拟变压器机械故障声音的装置的问题，本申请提出了一种变压器机械故障声音模拟装置、变压器组件与模拟变压器机械故障声音的方法。

图1示出了根据本申请的实施例的变压器机械故障声音模拟装置示意图。图2示出了根据本申请的实施例的变压器机械故障声音模拟装置的部分结构示意图。如图1和图2所示，该装置包括依次串联的绕组10、电阻模块20、开关30和交流电源40，还包括E型硅钢片50和条形硅钢片60，所述绕组10缠绕在所述E型硅钢片50上，所述E型硅钢片50与所述条形硅钢片60之间具有预定间距。

具体地，上述预定间距可以为0.5cm、1cm、2cm等，本领域技术人员可以根据实际需求设置其他的预定间距。

具体地，上述交流电源为50Hz交流电源。

具体地，E型硅钢片为E型铁芯，条形硅钢片为条形铁芯。

上述方案中，闭合开关，使得条形硅钢片被吸附到E型硅钢片上，绕组不断振动，可以模拟变压器的铁芯绕组振动的声音，以及模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”，为实际的变压器机械故障声音提供参考。

一种更为具体的实施例中，将振动的绕组放置在不同的变压器部件上，可以模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”。

本申请的一种实施例中，所述电阻模块包括多个电阻。例如电阻模块包括一个阻值为50Ω的电阻、一个阻值为100Ω的电阻、一个阻值为200Ω的电阻，将三个电阻串联在一起形成阻值为350Ω的电阻模块，以符合实际的需求，当然，还可以将多个电阻并联，或者将多个电阻混联(包括串联和并联)，本领域技术人员可以根据实际需求进行设置。

本申请的一种实施例中，所述开关为以下之一：按键开关、拨动开关、薄膜开关。当然，本领域技术人员可以根据实际需求选择其他种类的开关，以满足需求。

本申请的一种典型的实施例中，提供了一种变压器组件，所述变压器组件包括变压器本体和变压器机械故障声音模拟装置，所述变压器机械故障声音模拟装置为任意一种所述的变压器机械故障声音模拟装置。变压器本体包括多个变压器部件，将振动的绕组放置在不同的变压器部件上，可以模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”。

本申请的一种实施例中，所述变压器组件还包括铁质部件，所述铁质部件靠近所述绕组。在绕组附近放置螺钉或铁垫等铁质部件，铁质部件因变化的电场而被变压器反复吸动而发出声音，可以模拟螺钉或铁垫掉入变压器内部的磨擦声。即模拟螺钉或铁垫掉入变压器内部，在电磁力作用下发出“吱啦吱啦”的磨擦声。为实际的变压器机械故障声音提供参考。

本申请的一种实施例中，所述铁质部件包括至少以下之一：螺钉、螺母、螺栓、垫圈、铆钉。当然，本领域技术人员可以根据实际需求选择其他种类的铁质部件。

本申请的另一种典型的实施例中，提供了一种模拟变压器机械故障声音的方法，包括：构建声音模拟装置，上述声音模拟装置为上述的变压器机械故障声音模拟装置；采用上述声音模拟装置对变压器机械故障声音进行模拟。采用本方案通过闭合开关，使得条形硅钢片被吸附到E型硅钢片上，绕组不断振动，可以模拟变压器的铁芯绕组振动的声音，以及模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”，为实际的变压器机械故障声音提供参考。

实施例

本申请涉及一种具体的变压器机械故障声音模拟装置。如图1和图2所示，该装置包括依次串联的绕组10、电阻模块20、开关30和交流电源40，还包括E型硅钢片50和条形硅钢片60，所述绕组10缠绕在所述E型硅钢片50上，所述E型硅钢片50与所述条形硅钢片60之间具有预定间距。其中预定间距为3cm，其中电阻模块20的阻值为200Ω，交流电源40为50Hz交流电源40。

具体的，如图1所示，闭合开关30，绕组10在交流电作用下吸附附近的铁质部件，并发出“嗡嗡”的声音。

本专利可以模拟两种声音。变压器内部接触不良或有绝缘击穿处，变压器内部夹件或压紧铁芯的螺丝钉等个别零件松动，导致硅钢片振动增大。变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”和“刮大风”之声，如“叮叮当当”和“呼…呼.…”之声。具体操作是闭合开关，使条形硅钢片被吸附到E型硅钢片上，绕组不断振动。将振动的绕组放置在不同的变压器部件上即可模拟不同部件的撞击声。

将螺钉或铁垫掉入变压器内部，在电磁力作用下发出“吱啦吱啦”的磨擦声。模拟方法：在绕组附近放置螺钉或铁垫等铁质部件，铁质部件因变化的电场而被变压器反复吸动而发出声音。

具体地，如图3所示，将金属小部件放入变压器油箱70中的不同位置模拟实际变压器内部可能产生的声音。距离变压器油箱5cm放置麦克风，可以录制油箱内传出的声音。

配电变压器铁芯噪声由于铁芯振动产生，主要由两部分构成：配电变压器铁芯由硅钢片叠加而成，硅钢片为铁磁性材料，在磁场中会受到磁致伸缩力，铁芯在磁致伸缩力的作用下会发生振动；由于铁芯的硅钢片接缝处以及叠片之间会有部分间隙，从而会有漏磁通流过，配电变压器铁芯会由于漏磁而受到电磁力的作用从而振动。

配电变压器绕组通常使用铜材料制成，这是由于铜的导电性能比较好，可以使负载损耗减少。线圈目前的形状主要分为圆筒形和矩形。本装置是圆筒形铜导线线圈。绕组的铜线段之间存在绝缘垫块，绝缘垫块会对绕组的振动产生影响。配电变压器绕组在通流后会产生漏磁通，漏磁通大小与电源侧的电流大小有关。绕组会因为漏磁受到电动力产生振动，通过变压器结构元件传递到外壳并向四周辐射噪声。

本装置根据变压器噪声产生原理制作，可以模拟三种声音:a)金属小部件与油箱内线圈底部摩擦产生的声音；b)金属小部件与夹件摩擦产生的声音；c)金属小部件与压板摩擦产生的声音。

具体地，将金属小部件放置在线圈底部，接通电源，绕组在电磁力作用下吸动金属小部件产生异响。改变金属小部件的位置，如将金属部件放在夹件、压板上，模拟金属部件掉入变压器内不同位置产生的异响。

绕组的所产生的振动和铁芯所产生的振动是变压器振动的核心振动源。绕组由于通过电流而产生电动力使得绕组做受迫振动，这一振动具有显著的负荷跟随效应，即随着电流的增大振动在若干频域段会有所加强，随着电流减小振动在若干频域段会有所减少，这一振动主要经过变压器油传递至箱体表面，亦通过与铁芯的刚性连接传递至铁芯再经变压器油传到至油箱轮廓。铁芯振动主要由洛伦兹力和磁致伸缩产生，经变压器油传到至油箱轮廓，也通过铁芯与变压器壳体的刚性连接直接传递至变压器的表面，还通过与绕组的直接连接将振动先传导至绕组再通过变压器油传导至箱体轮廓。综上所述，变压器油箱表面所获得的振动是由多个振动源产生振动，经不同的传递路径复杂耦合卷积而成的结果。

根据变压器内实际声音传播路径，本装置模拟故障声音传播路径，故障声音通过变压器油传播到油箱，油箱振动带动周围空气发出声音；或声音通过与绕组的直接连接将振动传导至箱体轮廓，被麦克风采集到。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的变压器机械故障声音模拟装置，闭合开关，使得条形硅钢片被吸附到E型硅钢片上，绕组不断振动，可以模拟变压器的铁芯绕组振动的声音，以及模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”，为实际的变压器机械故障声音提供参考。

2)、本申请的变压器组件，变压器本体包括多个变压器部件，将振动的绕组放置在不同的变压器部件上，可以模拟变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械性相互撞击接触时，产生连续的有规律的“锤击”。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。