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基于振动和噪声的变压器状态分析诊断技术，因其现场测量时与整个电力系统没有电气连接，对整个电力系统的正常运行不会产生影响，安全而方便，适宜于在线监测等特点，正逐渐受到众多科研人员的关注和重视，成为一种重要的变压器状态分析诊断方法。
1 原理
1．1 变压器噪声振动产生机理
变压器的噪声是由变压器本体(铁芯、绕组、磁屏蔽、油箱等)及冷却装置的振动所引起的。变压器本体振动的主要来源有：硅钢片的磁致伸缩所引起的铁芯周期性振动；硅钢片接缝处和叠片之间因漏磁而产生的电磁吸引力所引起的铁芯振动；绕组中负载电流产生的绕组匝间电动力所引起的振动；漏磁所引起的油箱壁振动等。其中，磁致伸缩和绕组匝间电动力所引起的振动是较主要的来源。电力变压器本体振动通过铁芯垫脚和绝缘油两条路径传递给油箱壁，使油箱壁产生振动，进而产生本体噪声，并以声波的形式均匀地向四周发射；冷却装置自身产生振动与噪声，并通过接头等装置将振动传递到油箱壁。这就是变压器噪声和振动产生的机理。
1．2 诊断原理
(1)变压器噪声振动特征分析。
由于磁致伸缩的变化周期恰恰是工频电源周期的一半，所以磁致伸缩引起的电力变压器本体的振动与噪声以两倍电源频率即100 Hz为其基频。此外，考虑到铁芯磁滞损耗、涡流损耗以及沿铁芯内框和外框的磁路长度不同，而硅钢片磁致伸缩率与磁感应强度又具有非线性关系，导致磁通出现较为明显的畸变，从而明显地偏离了正弦形状，即有高次谐波的磁通分量存在。这样就使得铁芯的振动频谱中除了基频振动之外，还包含有频率为基频整数倍的高频附加振动。相应地，由电力变压器铁芯和箱体振动引起的噪声频谱中，除了基频噪声之外，也包含有频率为基频整数倍的高频噪声。
另外，绕组内电流的畸变也将导致匝间振动力出现高频分量。但考虑到该电流的畸变程度比磁通的畸变程度要低，故绕组引起的附加振动比磁滞伸缩在频率上要低一些，以100 Hz的基频为主。(2)诊断基础。
正常运行的变压器振动信号、绕组振动信号基本上集中在基频100 Hz处，且振动信号的大小与负载电流平方成正比；电力变压器铁芯振动与噪声的频谱范围通常在1o0～1000 Hz之间，主要集中在100~400 Hz，而1000 Hz后基本衰减到零。
当铁芯压紧程度降低而导致铁芯发生松动或硅钢片的自重使铁芯弯曲变形时，磁致伸缩增大，进而铁芯振动变大；当绕组出现变形、位移或崩塌时，绕组间压紧程度不足，将使高低压绕组间高度差逐渐扩大，绕组安匝不平衡加剧，漏磁造成的轴向力增大，绕组振动加剧。一般认为这些现象具体表现在振动信号上的特征为：振动频率中增加了更高次的谐波成分，且振动的幅值变大。
因此，可通过变压器噪声振动信号中高次谐波分量的变化诊断变压器绕组和铁芯状况。在电力变压器运行工况没有变化的条件下，若振动幅值的当前数据与历史数据相比比较稳定地相差在1O ～2O 之间，则认为电力变压器可能存在故障隐患，需密切注意其运行；若这一变化比率> 2O 9／6，则认为可能发生了严重故障，建议停运检修。
2 研究现状综述
目前国内对基于振动电机和噪声的变压器状态诊断技术研究大致可以分为：一是机理研究，包括故障原因、故障发展与趋势预测等；二是信号分析，包括频谱分析、噪声分离技术等；三是监测分析系统的研制，包括测点布置、信号隔离及故障分析等。
20世纪80年代以来，国外在变压器噪声方面开展了一系列的研究，取得了一定程度的进步和成果。当前国外对变压器噪声的研究途径主要有2个：一是通过大量试验获取数据并利用现代数理统计分析的方法对数据堆进行处理，以期从中获取变压器噪声的一般规律；二是建立变压器噪声声源计算模型，并借助数值分析的方法对变压器噪声进行计算和预估。目前，可通过贴在变压器器身上的振动传感器来监测空载时变压器器身振动加速度信号的变化情况，从而诊断内部绕组的压紧情况。通过研究分析变压器绕组与铁芯在运行状况下的振动特性，可知电网电压波动较大时必须考虑空载电压大小对铁芯振动的影响，评价绕组的振动水平时必须考虑负载电流的大小。在无须空载运行变压器的情况下，可在不改变变压器运行状况的条件下，通过负载电流与器身振动信号之间的关系，分析得到变压器铁芯振动信号。
国内相关学者在线测量变压器器身振动信号时，设计了一套光电传输系统。把贴在油箱表面的振动传感器在经电荷放大器转换成电信号，然后送人数据采集卡或者示波器时，实现电隔离。该套光电传输系统具有很好的线性度和幅频特性。现场已有振动噪声同步监测的实例，通过振动与噪声传感器及相应的数据采集和分析系统实现了对广东惠州500kV变电站单相电力变压器的振动与噪声的实时监测，并监测得到了500 kV 单相电力变压器几个典型位置的振动与噪声的时域波形数据。分析结果表明500 kV 单相电力变压器振动与噪声信号的频率范围为1O0～1000 Hz且在200～500 Hz范围内表现较为明显，同时由电力变压器振动与噪声同步变化的特点确定了其振动与噪声之间的关联性，验证了电力变压器振动与噪声同步在线监测的可行性。此外，可以振动法为基础，通过施加一个激励源来激励变压器绕组振动，再利用振动速度总振级和振动速度烈度指数2个函数来反映激励后绕组振动信号的变换特征，以此米诊断绕组的状况。
基于振动电机数据分析的变压器诊断方法较先在电力技术比较发达的国家获得研究及应用。俄罗斯、美国较先开展了这方面的研究，俄罗斯已经有一个专利产品应用于现场在线检测中。国内较早开展这方面研究的是西安交通大学，对变压器应用振动法进行故障诊断的机理与方法进行了初步研究。上海交通大学联合上海电力公司对变压器进行了机械动力学建模，用变压器部件和整体的机械激振下的模态识别得到的参数进行了理论计算，得到了用建模方法分析变压器振动的理论成果。但综合来看，对变压器噪声振动法故障诊断的研究仍有待深人。
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