作為實現電能傳輸和分配的主要設備，電力變壓器對系統的穩定運行起到決定性作用，一旦發生故障損壞，波及范圍極廣。在電磁力或機械力作用下，變壓器繞組和鐵心的機械結構發生不可恢復的改變，包括繞組松動、翹曲、鼓包及錯位、鐵心松動、片間磨損等，是變壓器安全穩定運行的隱患，且這些改變無法通過油中溶解氣體、局部放電等常規的絕緣試驗反映出來。

隨著檢測技術的不斷發展，可供選擇的檢測技術不斷被提出，其中，基于振動信號的檢測技術對于機械結構改變有很高的靈敏性，如結構的固有頻率、阻尼比、模態振型以及運行變形振型（Operating Deflection Shapes,ODS）等參數或屬性會隨機械結構的改變而發生明顯變化。

20世紀90年代中后期，研究人員提出了基于變壓器振動信號的變壓器鐵心及繞組機械狀態評估和故障檢測技術，隨后國內外展開了大量的研究工作，主要集中在振動信號采集系統的開發、振動產生和傳遞的仿真以及振動信號的處理技術。

目前繞組振動傳遞機理及固液耦合作用下油箱表面振動響應的研究還不夠深入，變壓器振動測點的數量、位置的選擇仍缺乏理論依據，大多是按照繞組上下端部相對應的油箱表面作為振動拾取的位置，高低壓三相套管兩側共布置12個測點。由于變壓器內部結構復雜，油箱表面的振動信號受油箱結構的影響，使得各單一測點的振動情況復雜且難以估計，信號分離的效果不理想。

另外，振動信號會隨著變壓器電壓、電流、溫度、直流偏磁等工況改變而改變，為基于振動信號的變壓器狀態檢測方法研究帶來了困難。實際上，振動在油和薄板中的傳播以振動波的形式相互作用，而在目前常規的測點布置中，測點間距離較大，獲得的是單一測點振動特性，并未考慮測點間振動特性的內在聯系，導致拾取到的多點振動信號信息各自孤立，利用并不充分。

為了充分利用各點的振動信息，研究人員提出了ODS的概念。模態振型屬于結構固有屬性，只與結構本身物理特性（質量、剛度、阻尼等）有關，與外部激勵無關，而對于電力變壓器等在工作狀態下的大型設備，無法獲得其模態振型。與常規的模態振型不同，ODS是在工作狀態下某一特定頻率下的運動形態，或為結構上多個點之間的相對運動狀況，與結構本身物理特性、邊界條件及激勵有關。

ODS可以直觀地顯示工作狀態下變壓器油箱的振動變形情況，由此分析得出振動最大位置、邊界固定情況、整體變形等。研究人員通常利用設備正常和異常狀態下ODS的變化進行機械狀態評估和故障診斷，ODS技術有著廣泛的應用前景。

本文針對餅式繞組結構的單相油浸式電力變壓器，搭建了變壓器ODS測量試驗系統，提出了合適的測量方法，并分別進行變壓器空載和負載試驗，深入研究了變壓器運行電壓、負載電流等因素對其油箱表面ODS特性的影響。利用振型相關系數對繞組松動故障進行判斷，發現油箱表面ODS發生明顯變化。本文研究結果對基于振動信號的變壓器機械狀態識別、故障診斷具有重要的參考意義。

圖2 變壓器ODS測量試驗系統

圖3 變壓器油箱測點分布

圖13 繞組松動調節方式

結論

本文研究了單相變壓器在有、無負載試驗下的運行變形振型特性，在此基礎上模擬繞組松動故障，分析了故障時SCC值的變化情況。主要得到如下結論：

1）穩定工作狀態下，每個測點的加速度是多頻率復合的周期穩態信號，振動頻率主要集中在100~500 Hz。不同測點的振動加速度為準同步信號，且具有相同或相反的相位，使得表面振動分布呈現波動形式，存在波節點，不同頻率振動的最大振幅的位置有所不同，單點測量時應避開節點，選擇振動幅值較大的區域。

2）變壓器電壓、電流的變化只影響變壓器油箱表面振動加速度幅值，對其油箱ODS的SCC值無影響，不影響整體形態，即各點振動相位不變，振動幅值比值不變，避免了單點測量時電壓、電流變化對振動的影響而產生狀態誤判，同時避免了單點測量位置難以選擇的問題。

3）在繞組松動故障條件下，設備油箱ODS的SCC值變化明顯，利用該特征值對鐵心線圈類設備（如各類變壓器、油浸式電抗器、電壓互感器等電力設備）的機械故障進行診斷具有很好的應用前景。

本文對于測點的布置仍不夠密集，未對更高頻率的ODS特性進行研究。本文中故障形式較為單一，后期還需進行更多的定量研究，從而建立判據依據，并將該方法應用于變壓器的故障診斷中。另外，比較ODS相似程度的特征量有待進一步挖掘，可借鑒圖像處理的算法進行判斷。