当电力变压器的绕组发生故障后，其油箱表面的振动信号将发生显著变化，主要表现为不同频率段的振动信号呈现出不同程度的衰减或增强的现象。因此，在各频率成分信号的能量中，包含着丰富的故障信息。对振动信号Ｓ（ｔ）而言，经快速傅里叶变换（ＦＦＴ）转化为频域信号Ｈ（ｆ）后，各频率段的能量可表示为：Ｅｆ＝１Ｔ∫Ｔ０Ｓ（ｔ）２ｄｔ＝Σｎｍ＝１Ｘｍ２；式中：Ｅｆ为某频率段的能量值；Ｘｍ（ｍ＝１，２，…，ｎ）为频域信号Ｈ（ｆ）的某频率段内各离散点的幅值。考虑到电力变压器故障征兆与故障原因之间的关系错综复杂，仅将单一频率分量的变化作为诊断依据，往往很难满足故障诊断的要求。与正常的振动信号相比，同一频带内信号的能量也会有较大差别，其中某些频带内信号能量减小，而另外一些频带内信号能量增大。经过大量实验研究，并结合绕组变形故障后各频带的变化规律。

　　３．２诊断方法

　　步骤１：分别在正常状态和未知状态下，采集油箱顶部和正面中部的６组振动信号。

　　步骤２：得到变压器正面中部振动信号基频分量的能量，若未知状态的故障特征明显增加，则说明变压器内部存在故障。

　　步骤３：利用式（５）和式（６）分别计算绕组正常状态和未知状态下的特征向量ＴＮ和ＴＸ。

　　步骤４：计算测点１，２，３处的ΔＴ＝ＴＸ－ＴＮ＝［ΔＣ１ΔＣ２ΔＣ３］，若ΔＣ１，ΔＣ２，ΔＣ３均为正值，则可判断变压器内部存在绕组变形故障。

　　步骤５：选择反映变压器绕组轴向振动的监测点，即变压器油箱顶部三相绕组对应的监测点１，２，３。若在测得的３组振动信号中，其中一个监测点的振动信号满足如下方程组：ΔＣ１ｎ＝ｍａｘ｛ΔＣ１１，ΔＣ１２，ΔＣ１３｝ΔＣ２ｎ＝ｍａｘ｛ΔＣ２１，ΔＣ２２，ΔＣ２３｛｝；式中：ΔＣ１ｎ和ΔＣ２ｎ分别为位置ｎ（ｎ＝１，２，３）处ΔＣ１和ΔＣ２的值，可初步认为监测点ｎ所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。

　　４、实验验证及现场应用

　　４．１特征信号分析

　　为验证上文提出的绕组变形诊断模型及方法的正确性，分别测量绕组在正常与故障情况下的振动信号，试验对象选用２台新旧程度、型号不同的正常电力变压器：其中一台为南京供电公司退役的电力变压器，记为变压器Ⅰ，其型号为Ｓ９－Ｍ－１００／１０，电压比为１０ｋＶ／０．４ｋＶ，联结组号为Ｙｙｎ０；另一台为南京供电公司提供的全新电力变压器，记为变压器Ⅱ，型号为Ｓ１１－Ｍ－２００／１０，电压比为１０ｋＶ／０．４ｋＶ，联结组号为Ｄｙｎ１１。加速度振动传感器轴向灵敏度为２０ｐＣ／ｇ，最大横向灵敏度＜５％，测量频率为０．５～１２ｋＨｚ，满足线圈振动测试要求。电流测量采用霍尔电流传感器，测量范围０～２００Ａ；电压对绕组变形振动影响不大，采用普通电压表；选用水银温度计测量变压器内油温，其量程为０～１５０℃。将相同的６个加速度振动传感器通过粘接或者磁铁吸附等方式分别固定于中所示的位置１～６（本实验采用磁铁吸附），通过尼高力数据采集仪采集，采样频率为１０ｋＨｚ。将采集信号传输至ＰＣ机，同时将电流、电压、温度信号输入到ＰＣ机进行分析与故障判定。

　　在变压器正常运行时，对其箱体表面的振动信号进行采集，记为正常信号。对变压器Ⅰ和Ⅱ进行绕组变形故障设置，变形故障包括变形匝数不同、变形量不同以及变形方向不同，均设置故障相为Ａ相。设置方法如下：用吊车将变压器吊芯，将Ａ相绕组端部２块垫块取出，利用竹片轻轻插入绕组线饼间隙，使绕组变松，然后使用木槌敲击竹片，造成线饼幅向变形，其中设置变压器Ⅰ比变压器Ⅱ的变形程度严重。

　　４．２故障类型的判别

　　为验证提出的诊断模型和诊断方法，对被设置故障的电力变压器Ⅰ和Ⅱ分别进行故障诊断，并将在当前变压器箱体表面采集的振动信号记为当前信号。首先将电流传感器采集测量的负载电流信号、电压表读取的电压信号分别记为ｉ５０和ｕ５０，温度计测量的变压器内部油温记为θｔ０，并采用变压器油箱振动信号折算模型（式（３））分别对２台变压器的振动信号基频分量进行折算，然后选取变压器正面中部振动信号，对其基频分量能量值ＥＦ１００进行对比分析，

　　４．３现场应用

　　本研究成果已在国家电网公司科技项目“基于振动（噪声）的电力变压器故障诊断”中得到成功应用，样机已于２０１２年５月在江苏省南京市云南路１１０ｋＶ变电所投入试运行。

　　该装置采用高级精简指令集计算机（ＲＩＳＣ）微处理器（ＡＲＭ）配以先进的现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）技术，以及高清大屏幕液晶显示器，操作简单、界面友好。在面板上只有１个与操作有关的三态型按键，它与液晶显示器上的软按钮相互配合，可很方便地实现所有人机接口功能。该系统有１１路振动传感器输入（另有其他用途），１路电流输入（可取自现场高、低压侧任一电流互感器，只需在系统中设置不同变比即可，本系统利用现场一个备用电流互感器），１路温度（采用变压器内部油温参加计算，但如果现场测量变压器内部油温不方便，可以测量变压器油箱外壁温度进行折算，虽有一定误差，但由于振动对温度影响较小，且本系统是特征量的相对比较，所以影响不大）。因该变电所位置重要，需要快速安装，同时考虑该变电所一次侧电压比较稳定，微小的电压波动对绕组变形振动影响不大，因此，该变电所电压信号暂时没有接入。另外该系统还有１路环境噪声输入（另有用途）。该系统运行信息目前通过通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）发送到相关人员手机，正常状态每天发送一次，如有故障，实时发送。