CN112201461A - 一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法，属于电抗器技术领域。装置包括设置在电抗器铁轭上表面的X向固定轴和设置在铁轭侧表面的Z向固定轴，X向固定轴连接有X向液压扳手，Z向固定轴连接有Z向液压扳手；X向液压扳手和Z向液压扳手固定在电抗器的油箱内壁上；铁轭的上表面还设有用于采集铁芯的X向和Z向振动信号的位移传感器；位移传感器通讯连接至微处理器，微处理器根据位移传感器传输过来的振动信号判断铁芯的振动状态，并根据铁芯的振动状态控制所述X向液压扳手和所述Z向液压扳手工作。解决了随着运行时间增加电抗器铁芯构件出现松动导致振动增大的问题，有助于电抗器的安全稳定运行以及控制噪声影响。

Description

一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法

技术领域

本发明涉及电抗器技术领域，具体地说，涉及一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法。

背景技术

油浸式电抗器是一类特殊的变压器，通常安装在高电压等级的变电站和开关站里，其振动和噪声问题一直是人们关心的热点。油浸式电抗器基本采用铁芯结构，铁芯设置于油箱内部。研究表明，油浸式电抗器振动的源头主要是铁芯表面的麦克斯韦力和铁芯磁致伸缩效应振动，进而带动油箱、油枕等构件的振动。可见，油浸式电抗器的振动是其自身固有的，因此在其设计、制造、运行中只能从一定程度上限制振动的幅值，却无法完全消除振动。制造商在油浸式电抗器出厂前都会对铁芯采取必要的压紧措施，所以设备在运行初期的振动一般较小。但是随着运行时间的增加，当铁芯的相应构件出现松动后，油浸式电抗器的振动幅值会明显增大。如果油浸式电抗器的振动未及时得到有效控制，会引发设备故障。因此，铁芯的持续压紧对控制油浸式电抗器振动是至关重要的。

专利CN110805647A公开了一种安装在变压器油箱内部的复合隔振装置及设计方法，装置安装在变压器油箱内部器身和箱体连接处，包括位于下部的容器、安装于容器内的金属橡胶减振垫、位于容器上方的顶盖，所述容器的上端口部周缘连接有法兰盘，所述法兰盘与顶盖之间连接有波纹管，所述金属橡胶减振垫与顶盖之间设有阻尼弹簧隔振器。专利CN110415942A公开了一种基于准零刚度隔振的油浸式变压器及其隔振方法，变压器油箱内设有准零刚度隔振组件，准零刚度隔振组件包括多组垂直弹性元件和多组水平弹性元件，铁心绕组部件通过多组垂直弹性元件支承布置在油箱的底部，多组水平弹性元件分别安装在铁心绕组部件的四周和油箱的垂直侧壁之间。但是，与目前绝大多数技术手段一样，上述两种方法均是在设计和制造过程中尝试对铁芯振动进行限制，却仍未解决随着运行时间增加铁芯构件出现松动导致振动增大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法，能够解决随着运行时间增加电抗器铁芯构件出现松动导致振动增大的问题，有助于电抗器的安全稳定运行以及控制噪声影响。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置包括设置在电抗器铁轭上表面的X向固定轴和设置在铁轭侧表面的Z向固定轴，所述X向固定轴连接有X向液压扳手，所述Z向固定轴连接有Z向液压扳手；所述X向液压扳手和Z向液压扳手固定在电抗器的油箱内壁上；

所述铁轭的上表面还设有用于采集铁芯的X向和Z向振动信号的位移传感器；所述位移传感器通讯连接至微处理器，所述微处理器根据位移传感器传输过来的振动信号判断铁芯的振动状态，并根据铁芯的振动状态控制所述X向液压扳手和所述Z向液压扳手工作。

上述技术方案中，通过位移传感器实时采集电抗器铁芯的X向和Z向振动信号，通过微处理器的运算器计算X向和Z向加速度均方根值(有效值)；通过运算器对实测的X向、Z向加速度均方根值与X向、Z向加速度阈值进行比较，判断铁芯的振动状态是否异常；根据运算器的判定结果，通过控制器控制X向液压扳手和Z向液压扳手的工作状态，以从X向或者Z向对铁芯施加压紧力。解决了随着运行时间增加电抗器铁芯构件出现松动导致振动增大的问题，有助于电抗器的安全稳定运行以及控制噪声影响。

可选地，在一个实施例中，所述铁芯的上下端设有分别设有上压板和下压板，所述铁芯贯穿上下地设有一拉杆，并在述拉杆的上端设置用于压紧磁屏蔽和芯柱的螺母。

可选地，在一个实施例中，所述的位移传感器和Z向液压扳手均设置在所述的上压板上，所述位移传感器位于所述螺母的边缘处。

可选地，在一个实施例中，所述的X向固定轴包括X向固定轴一和X固定轴二；所述X向液压扳手包括X向液压扳手一和X向液压扳手二；所述X向固定轴一和X向固定轴二分别设于铁轭的左上和右上拐角处的侧面1/2处，二者的末端分别与固定在油箱内壁上的X向液压扳手一和X向液压扳手二相连；

所述的Z向固定轴包括Z向固定轴一和Z固定轴二；所述Z向液压扳手包括Z向液压扳手一和Z向液压扳手二；所述Z向固定轴一和Z向固定轴二分别设于所述上压板上表面的螺母前侧和后侧，二者的末端分别与固定在油箱内壁上的Z向液压扳手一和Z向液压扳手二相连。

可选地，在一个实施例中，所述的油箱外设有X向油泵和Z向油泵，所述微处理器连接并控制X向油泵和Z向油泵的运行状态；所述X向油泵通过高压油管控制X向液压扳手的运行；所述Z向油泵通过高压油管控制Z向液压扳手的运行。

可选地，在一个实施例中，所述的X向液压扳手和Z向液压扳手采用中空液压扳手，包括液压马达、油管接口、六角衬圈及基座，通过所述基座固定在油箱内表面上。液压马达安装在油箱外部，而液压马达上的两个油管接口与高压油管连接。X向/Z向固定轴的末端(远离铁芯的一端)具有螺纹，并搭配一个六角螺母。六角螺母与六角衬圈固定。当六角衬圈带动六角螺母旋转时，可使X向/Z向固定轴一产生上下位移。

可选地，在一个实施例中，所述的X向固定轴和Z向固定轴的扭矩T_s设定为：

T_s＝T₀×90％

式中，T₀表示X向固定轴和Z向固定轴参照所述螺栓的推荐预紧扭矩。

第二方面，本发明提供的用于油浸式电抗器的自适应压紧方法，基于上述装置实现，包括以下步骤：

1)位移传感器实时采集电抗器铁芯的X向和Z向振动信号；

2)通过运算器计算X向和Z向加速度均方根值；

3)通过运算器对实测的X向、Z向加速度均方根值a_rms,x、a_rms,z与X向、Z向加速度阈值A_max,x、A_max,z进行比较，判断铁芯的振动状态是否异常；

4)根据运算器的判定结果，通过控制器控制X向液压扳手和Z向液压扳手的工作状态，以从X向或者Z向对铁芯施加压紧力。

在电抗器运行过程中，步骤1)～3)一直持续进行；当系统进入步骤4)时，步骤1)～3)仍然同步持续进行；X向液压扳手和Z向液压扳手的油泵每次启动运行时间为1s，1s过后根据步骤3)的实时判定结果决定是否继续启动运行；直到铁芯的X向和Z向振动均正常时，结束步骤4)，即停止对铁芯施加压紧力。

步骤1)中所述的振动信号采用加速度，采样频率不小于10kHz；

步骤2)中采用下式计算得到加速度均方根值a_rms：

式中，T表示计权时间；a_i表示每次采样得到的加速度；N表示采样次数；

电抗器铁芯X向的加速度阈值为0.3m/s²，Z向的加速度阈值为0.2m/s²。

附图说明

图1为本发明实施例中自适应压紧装置的组成示意图；

图2为本发明实施例中自适应压紧装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中自适应压紧装置的外部结构示意图；

图4为本发明实施例中自适应压紧装置芯柱处局部放大图；

图5为本发明实施例中自适应压紧装置的Z向液压扳手的结构示意图；

图6为本发明实施例中自适应压紧方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

为了方便说明本实施方案，引入空间笛卡尔直角坐标系(X-Y-Z坐标系)。如图1、图2、图3所示，依据本发明的技术方案实施的一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置包括：位移传感器200，微处理器300(包括运算器310、控制器320)，X向油泵410，Z向油泵420，X向液压扳手一510，X向液压扳手二520，Z向液压扳手一530，Z向液压扳手二540，X向固定轴一610，X向固定轴二620，Z向固定轴一630，Z向固定轴二640等部件。

如图2、图3、图4所示，电抗器100的铁芯120和绕组130位于油箱110内部。铁芯120通过铁芯底座140固定在油箱110底部内表面上。铁芯120由铁轭121、磁屏蔽122、芯柱123等构件组成。拉杆124贯穿铁轭121、磁屏蔽122及芯柱123，并在上端设置了螺母125，以实现对磁屏蔽122和芯柱123的压紧。为了提高固定效果，在拉杆124接触铁轭121的上、下端分别设置了上压板126和下压板127。

如图2、图3、图4所示，位移传感器200设置于上压板126上表面，具体位置为拉杆螺母125的X方向边缘。位移传感器200通过传输线210与油箱110外连接，而套管220起到保护传输线210的作用。

如图1、图2所示，X向固定轴一610和X向固定轴二620分别设于铁轭121的左上和右上拐角处的侧面1/2处，二者的末端(远离铁芯120的一端)分别与固定在油箱110内壁上的X向液压扳手一510和X向液压扳手二520相连。X向液压扳手一510和X向液压扳手二520分别与高压油管411和高压油管412相连。Z向固定轴一630和Z向固定轴二640分别设于上压板126上表面的螺母125前侧和后侧，二者的末端(远离铁芯120的一端)分别与固定在油箱110内壁上的Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540相连。Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540分别与高压油管421和高压油管422相连。每组高压油管均含有两根油管。

如图1、图2、图3所示，位移传感器200通过传输线210将振动信号传到微处理器300(包括运算器310和控制器320)。微处理器300连接并控制X向油泵410和Z向油泵420的运行状态。X向油泵410通过高压油管411和高压油管412分别控制X向液压扳手一510和X向液压扳手二520的运行。Z向油泵420通过高压油管421和高压油管422分别控制Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540的运行。

为了进一步说明X向液压扳手一510、X向液压扳手二520、Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540的结构，图5以Z向液压扳手一530为代表，给出了结构示意图。如图3、图5所示，Z向液压扳手一530采用中空液压扳手型式，主要包括液压马达531、油管接口532、六角衬圈533及基座534等。四个基座534固定在油箱110内表面上。液压马达531安装在油箱110外部，而液压马达531上的两个油管接口532与高压油管421连接。Z向固定轴一630末端具有螺纹，并搭配一个六角螺母631。六角螺母631与六角衬圈533固定。当六角衬圈533带动六角螺母631旋转时，可使Z向固定轴一630产生上下位移。

X向固定轴一610、X向固定轴二620、Z向固定轴一630、Z向固定轴二640的尺寸和强度保持一致，其中尺寸可参照M48或M56螺栓，强度等级不小于8.8(对应螺栓强度等级)。典型螺栓的预紧扭矩T₀可参照下表，而X向固定轴一610、X向固定轴二620、Z向固定轴一630、Z向固定轴二640的设定扭矩T_s可根据下式计算：

T_s＝T₀×90％

典型螺栓推荐预紧扭矩

单位：N·m

由于X向油泵410同时控制X向液压扳手一510和X向液压扳手二520，Z向油泵420同时控制Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540，所以在得到X向固定轴一610、X向固定轴二620、Z向固定轴一630、Z向固定轴二640的设定扭矩T_s后，X向油泵410和Z向油泵420的压力值应按照2T_s的扭矩来设定。为了平衡各侧压紧力，X向油泵410传递给X向液压扳手一510和X向液压扳手二520的液压油的压力应保持一致，Z向油泵420传递给Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540的液压油的压力也应保持一致。需要说明的是，油泵压力值与所需扭矩和液压扳手型号均相关，所以在实际应用中，应在确定液压扳手具体型号后依据产品的推荐值来确定油泵压力值。

通过液压扳手实现对铁芯压紧的原理为：通过控制进入液压马达的液压油的压力来改变液压马达的输出扭矩，进而通过液压扳手六角衬圈带动六角螺母旋转。Z向/X向固定轴相当于螺栓，其螺纹位于其末端。当液压扳手驱动六角螺母旋转时，也就相当于拧紧螺栓(即Z向/X向固定轴)的过程，使其产生上下位移。由于液压扳手是固定在油箱内表面的，而液压扳手六角衬圈与六角螺母也是固定的，所以将六角螺母旋转的方向设置为使Z向/X向固定轴朝向铁芯位移的方向，则可达到通过Z向/X向固定轴压紧铁芯的目的。

如图5所示，一种用于油浸式电抗器的自适应压紧方法，具体步骤包括：

步骤S101：位移传感器200实时采集油浸式电抗器铁芯120的X向和Z向振动信号。

振动信号采用加速度，采样频率不小于10kHz。

步骤S102：通过运算器310计算X向和Z向加速度均方根值(有效值)。

对于离散的数字信号，采用下式计算得到加速度均方根值a_rms：

式中，T表示计权时间；a_i表示每次采样得到的加速度；N表示采样次数。优选的，计权时间T取1s。

步骤S103：通过运算器310对实测的X向、Z向加速度均方根值a_rms,x、a_rms,z与X向、Z向加速度阈值A_max,x、A_max,z进行比较，判断铁芯120的振动状态是否异常。

如果a_rms,x≤A_max,x且a_rms,z≤A_max,z，则判定铁芯120的X向和Z向振动均正常；如果a_rms,x>A_max,x且a_rms,z≤A_max,z，则判定铁芯120的X向振动异常，Z向振动正常；如果a_rms,x≤A_max,x且a_rms,z>A_max,z，则判定铁芯120的X向振动正常，Z向振动异常；如果a_rms,x>A_max,x且a_rms,z>A_max,z，则判定铁芯120的X向和Z向振动均异常。

由于油浸式电抗器铁芯X向、Z向的加速度阈值与设备型号及工况等密切相关，需通过实测得到。本实施例中X向、Z向振动加速度阈值如下：

油浸式电抗器铁芯X向、Z向的加速度阈值实例

方向	X向	Z向
			加速度阈值(m/s<sup>2</sup>)	0.3	0.2

如果步骤S103判定铁芯120的X向或者Z向振动异常，则进入步骤S104。如果步骤S103判定铁芯120的X向和Z向振动均正常，则重新进入步骤S101。

步骤S104：根据运算器310的判定结果，通过控制器320控制X向油泵410和Z向油泵420的运行状态，而X向油泵410控制着X向液压扳手一510和X向液压扳手二520的工作状态，Z向油泵420则控制着Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540的工作状态，以从X向或者Z向对铁芯120施加压紧力。

具体的，当铁芯120的X向振动异常，Z向振动正常时，则X向油泵410启动，Z向油泵420不运行；当铁芯120的X向振动正常，Z向振动异常时，则Z向油泵420启动，X向油泵410不运行；当铁芯120的X向和Z向振动均异常时，则X向油泵410和Z向油泵420均启动。X向油泵410和Z向油泵420每次启动运行时间为1s。

相应的，当X向油泵410油泵启动时，X向液压扳手一510和X向液压扳手二520开始工作，进而通过X向固定轴一610和X向固定轴二620从X向对铁芯120施加压紧力。当Z向油泵420油泵启动时，Z向液压扳手一530和Z向液压扳手二540开始工作，进而通过Z向固定轴一630和Z向固定轴二640从Z向对铁芯120施加压紧力。

需要说明的是，本发明为一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置及方法，即在电抗器100运行过程中，步骤S101～步骤S103一直持续进行。当系统进入步骤S104时，步骤S101～步骤S103仍然同步持续进行。X向油泵410和Z向油泵420每次启动运行时间为1s，而1s过后将根据步骤S103的实时判定结果再决定是否继续启动运行。直到铁芯120的X向和Z向振动均正常时，结束步骤S104，即停止对铁芯120施加压紧力。

本方法可以应用于油浸式电抗器，也可应用于油浸式变压器等设备。

Claims (10)

1.一种用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，包括设置在电抗器铁轭上表面的X向固定轴和设置在铁轭侧表面的Z向固定轴，所述X向固定轴连接有X向液压扳手，所述Z向固定轴连接有Z向液压扳手；所述X向液压扳手和Z向液压扳手固定在电抗器的油箱内壁上；

所述铁轭的上表面还设有用于采集铁芯的X向和Z向振动信号的位移传感器；所述位移传感器通讯连接至微处理器，所述微处理器根据位移传感器传输过来的振动信号判断铁芯的振动状态，并根据铁芯的振动状态控制所述X向液压扳手和所述Z向液压扳手工作。

2.根据权利要求1所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述铁芯的上下端设有分别设有上压板和下压板，所述铁芯贯穿上下地设有一拉杆，并在述拉杆的上端设置用于压紧磁屏蔽和芯柱的螺母。

3.根据权利要求2所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述的位移传感器和Z向液压扳手均设置在所述的上压板上，所述位移传感器位于所述螺母的边缘处。

4.根据权利要求2所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述的X向固定轴包括X向固定轴一和X固定轴二；所述X向液压扳手包括X向液压扳手一和X向液压扳手二；所述X向固定轴一和X向固定轴二分别设于铁轭的左上和右上拐角处的侧面1/2处，二者的末端分别与固定在油箱内壁上的X向液压扳手一和X向液压扳手二相连；

所述的Z向固定轴包括Z向固定轴一和Z固定轴二；所述Z向液压扳手包括Z向液压扳手一和Z向液压扳手二；所述Z向固定轴一和Z向固定轴二分别设于所述上压板上表面的螺母前侧和后侧，二者的末端分别与固定在油箱内壁上的Z向液压扳手一和Z向液压扳手二相连。

5.根据权利要求1所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述的油箱外设有X向油泵和Z向油泵，所述微处理器连的接并控制X向油泵和Z向油泵的运行状态；所述X向油泵通过高压油管控制X向液压扳手的运行；所述Z向油泵通过高压油管控制Z向液压扳手的运行。

6.根据权利要求1所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述的X向液压扳手和Z向液压扳手采用中空液压扳手，包括液压马达、油管接口、六角衬圈及基座，通过所述基座固定在油箱内表面上。

7.根据权利要求1所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置，其特征在于，所述的X向固定轴和Z向固定轴的扭矩T_s设定为：

T_s＝T₀×90％

式中，T₀表示X向固定轴和Z向固定轴参照所述螺栓的推荐预紧扭矩。

8.一种用于油浸式电抗器的自适应压紧方法，基于权利要求1～7任一权利要求所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)位移传感器实时采集电抗器铁芯的X向和Z向振动信号；

2)通过运算器计算X向和Z向加速度均方根值；

3)通过运算器对实测的X向、Z向加速度均方根值a_rms,x、a_rms,z与X向、Z向加速度阈值A_max,x、A_max,z进行比较，判断铁芯的振动状态是否异常；

4)根据运算器的判定结果，通过控制器控制X向液压扳手和Z向液压扳手的工作状态，以从X向或者Z向对铁芯施加压紧力。

9.根据权利要求8所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧方法，其特征在于，在电抗器运行过程中，步骤1)～3)一直持续进行；当系统进入步骤4)时，步骤1)～3)仍然同步持续进行；X向液压扳手和Z向液压扳手的油泵每次启动运行时间为1s，1s过后根据步骤3)的实时判定结果决定是否继续启动运行；直到铁芯的X向和Z向振动均正常时，结束步骤4)，即停止对铁芯施加压紧力。

10.根据权利要求8所述的用于油浸式电抗器的自适应压紧方法，其特征在于，步骤1)中所述的振动信号采用加速度，采样频率不小于10kHz；

步骤2)中采用下式计算得到加速度均方根值a_rms：

式中，T表示计权时间；a_i表示每次采样得到的加速度；N表示采样次数；

电抗器铁芯X向的加速度阈值为0.3m/s²，Z向的加速度阈值为0.2m/s²。

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