基于压电材料的变压器振动能量收集装置研究

张琛，熊庆，汲胜昌，庄哲，张凡

(电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)，陕西 西安 710049)

0 引言

变压器作为电力系统核心设备，其安全稳定运行对电力系统的供电可靠性至关重要。在长期运行下，变压器绕组和铁芯不可避免地会由于老化而发生故障[1]，振动检测法是针对变压器绕组及铁芯状态的在线监测方法之一[2]。由于使用振动传感器需要有线电源、电池或挂线感应式能量收集装置进行供电[3]，限制了振动测量传感器的安装范围和使用寿命。在变压器的运行过程中，其本身存在振动。因此，收集变压器正常运行条件下的振动能量，为振动测量传感器供电，不但可以减小安装在线监测设备对变压器安全稳定运行的影响，还可以实现自取能以延长设备的单次使用寿命。

根据振动能量转换为电能的不同原理，振动能量收集装置主要分为电磁式[4]、静电式[5—6]和压电式[7—10]。压电式能量收集装置的基本原理是压电效应。压电陶瓷在某个方向上受到外部作用力而发生变形时，其内部会产生极化现象，并在其表面出现电荷量相等但正负相反的电荷；当作用力的方向发生变化时，电荷的极性也会发生变化；当外力撤出后，压电陶瓷又会恢复到原来不带电的状态，这种现象称为正压电效应。相比电磁式振动能量收集装置，压电式能量收集装置结构简单，不易受体积限制，且无需向电容施加初始电压作为静电式能量收集的初始条件，被广泛应用于电力设备振动状态监测[11]。……