变压器在电力网络中占有重要地位,对电网的稳定运行至关重要。长期服役的变压器设备难免会受到各类冲击和干扰,导致运行故障,其中,铁芯和绕组故障在变压器故障源中占比较大。振动分析法能够通过监测变压器油箱表面振动信号来诊断内部结构件的运行状态。该方法能够有效进行的关键,在于对变压器箱体表面及内部振动源振动特性的分析。铁芯和绕组作为变压器箱体振动的主要振源,对其振动特性的研究不可或缺。本文以一台S11-M-200/10k V三相油浸式变压器作为对象开展研究,对铁芯磁致伸缩效应和绕组电磁力所引起的变压器振动进行原理分析,然后以建模仿真与试验分析相结合,对空载、负载短路下铁芯和绕组的振动特性开展研究。本文主要研究内容及成果如下。首先对变压器振动机理进行深入分析。结合对铁芯磁致伸缩效应的受力分析,推导出x、y、z各方向上的磁致伸缩力表达式,并分别给出铁芯芯柱和铁轭的振动等效模型,明确了不同位置铁芯各方向上的振动特性差异。通过对绕组在漏磁场作用下的轴向和辐向电磁力的分析和公式推导,可知在各相绕组线圈中部其振动效应最大。基于振动机理的分析,采用有限元方法对该变压器建立三维仿真模型,采用分步式耦合方式,通过对变压器设置电场、磁场以及固体力学模块的多物理场耦合仿真,求解得到空载和负载短路状态下,变压器铁芯和绕组的电磁分布与振动特性。结果表明:铁芯主磁通较大,其振动特性表现为芯柱部分x方向上的振动大于y、z方向,而铁轭部分在z方向上的振动则更大;绕组在电磁力作用下振动最大处为各相线圈侧面中部,具体表现为在x方向上的振动特性更加明显。结合理论分析,选择合适的测点位置,通过试验采集该变压器样机空载、负载短路运行状态下的振动加速度数据,对理论分析和仿真结果进行验证。由箱体表面及铁芯、绕组振动时、频谱图对比可以确定,变压器铁芯和绕组振动信号均集中在基频100Hz处,而铁芯振动信号会伴有200Hz-500Hz处的高频分量;对于吊芯式变压器,油箱顶部的振动信号能够良好反映铁芯振动特性,而侧面和中部位置则更能体现绕组的振动特征。另外,由于三相磁路的差异,中间B相的振动与A、C两相存在差异,其振动信号要略小。