一种变压器铁芯剩磁的测量方法

摘要

本发明涉及一种变压器铁芯剩磁的测量方法，该方法包括以下步骤：1)获取变压器铁芯的磁化曲线，该磁化曲线揭示空载电流的直流分量与铁芯剩磁的关系；2)在变压器绕组上加载380V交流试验电压，测量获得空载电流；3)获得所述空载电流的直流分量；4)根据所述磁化曲线和直流分量获得铁芯剩磁。与现有技术相比，本发明具有简便可行等优点，能定量测定主变铁芯的剩磁量，指导主变铁芯剩磁的消磁方案的制定，评估消磁效果，为主变试验和运行提供技术支撑。

权利要求

1.一种变压器铁芯剩磁的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)获取变压器铁芯的磁化曲线，该磁化曲线揭示空载电流的直流分量与铁芯剩磁的关系，所述变压器铁芯的磁化曲线由主变空载特性曲线转换而成；

2)在变压器绕组上加载380V交流试验电压，测量获得空载电流；

3)获得所述空载电流的直流分量；

4)根据所述磁化曲线和直流分量获得铁芯剩磁；

将主变空载特性曲线转换为变压器铁芯的磁化曲线时，设定如下假设：a)忽略铁芯中的磁滞和涡流损耗；

b)忽略绕组电阻；

c)逐点形成磁化曲线；

所述形成磁化曲线过程中，通过梯形积分法计算磁化曲线中各点的电流值，具体地，选取第一个点为参考点，参考点在磁化曲线中的电流值见下式：式中，irms,1为电流转换中，第一个点即参考点的电流有效值；

in为下一个待求的值，用积分法计算in的有效值：利用梯形积分法，计算

式中，a、b分别为梯形积分法的常系数；

通过In＝irms,n求出磁化曲线中第n点的电流值in，从而逐点形成磁化曲线。

2.根据权利要求1所述的变压器铁芯剩磁的测量方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过对所述空载电流进行FFT分解，获得直流分量，并通过以下公式获得直流分量标幺值：式中，Idc为实测的空载电流的直流分量， 为直流分量标幺值，I0为主变的额定电流的有效值。

说明书

一种变压器铁芯剩磁的测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变压器试验及运行领域，尤其是涉及一种变压器铁芯剩磁的测量方法。

背景技术

[0002] 变压器依靠电磁感应作用运行，以磁场作为耦合场。变压器铁芯一般选用磁导率较高的铁磁材料，比如硅钢片。铁磁材料的磁导率是非线性的，其数值随着磁场强度的变化而变化。铁磁材料之所以有高导磁性能，是由于铁磁材料内部存在着很多很小、有确定磁极性且具有很强磁化强度的磁畴，如图1所示。在外界磁场作用下，磁畴沿外磁场方向重新有规则排列，从而实际产生的磁场要比非铁磁材料中的磁场大得多。

[0003] 磁畴的极化需要经历一个过程，因此在磁化过程中，铁磁材料中的磁感应强度B的变化滞后于外磁场强度H的变化，即磁滞现象。在交变外磁场下，铁芯磁感应强度B随着外磁场强度H的变化曲线成为磁滞回线。用不同的Bm值可测出不同的磁滞回线，将所有磁滞回线在第I象限的顶点连接起来，得到的磁化曲线叫做基本磁化曲线，如图2所示。由于大多数铁磁材料的磁滞回线都很窄，因此，在工程应用中，可用基本磁化曲线代替磁滞回线解决问题，其误差为工程所允许。

[0004] 变压器切断电源以后，在铁芯中保留的磁链称为剩磁。剩磁会增大主变合闸时的励磁涌流，增大励磁电流中的谐波，增加变压器功耗，还可能引起继电保护误动作，对主变的运行造成不利影响，同时，剩磁还可能使后续试验结果异常。

[0005] 剩磁的产生途径主要是直流电阻试验，其剩磁的多少取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。在变压器直阻试验中，为提高测量精度、缩短测量时间，通常用大电流测试仪器，超过励磁电流，使铁芯饱和，会产生严重剩磁。另外，在空载变压器分闸时也会产生剩磁，但目前主变铁芯均采用软磁材料，剩磁量较少，相应危害也比较小。

[0006] 为了保证后续试验的准确和主变运行安全，要求做过直流电阻试验之后对主变进行消磁，但消磁效果无法检查。后续低电压空载试验中，常出现试验结果常与出厂试验不一致的情况，不能真实反映变压器内部状态。需要现场进行二次消磁，增加试验工作量和工作时间。另外，在超高压主变合闸试验中，也出现过由于铁芯剩磁的影响，导致主变励磁涌流过大，触发主变重瓦斯保护动作的事情发生。

[0007] 综上可知，主变剩磁量的测量技术对主变试验和安全运行有着重要意义。综合目前国内外研究现状，目前对于主变剩磁的研究集中消磁技术，对于剩磁的测量涉及较少。

发明内容

[0008] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简便可行的变压器铁芯剩磁的测量方法。

[0009] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0010] 一种变压器铁芯剩磁的测量方法，该方法包括以下步骤：

[0011] 1)获取变压器铁芯的磁化曲线，该磁化曲线揭示空载电流的直流分量与铁芯剩磁的关系；

[0012] 2)在变压器绕组上加载380V交流试验电压，测量获得空载电流；

[0013] 3)获得所述空载电流的直流分量；

[0014] 4)根据所述磁化曲线和直流分量获得铁芯剩磁。

[0015] 所述变压器铁芯的磁化曲线由主变空载特性曲线转换而成。

[0016] 将主变空载特性曲线转换为变压器铁芯的磁化曲线时，设定如下假设：

[0017] a)忽略铁芯中的磁滞和涡流损耗；

[0018] b)忽略绕组电阻；

[0019] c)逐点形成磁化曲线。

[0020] 所述形成磁化曲线过程中，通过梯形积分法计算磁化曲线中各点的电流值。

[0021] 所述步骤3)中，通过对所述空载电流进行FFT分解，获得直流分量，并通过以下公式获得直流分量标幺值：

[0022]

[0023] 式中，Idc为实测的空载电流的直流分量， 为直流分量标幺值，I0为主变的额定电流的有效值。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0025] (1)本发明通过研究空载电流与铁芯剩磁的关系，提出简便可行的变压器铁芯剩磁的测量方法。

[0026] (2)本发明可以定量测定主变铁芯的剩磁量，以指导主变铁芯剩磁的消磁方案的制定，评估消磁效果，为主变试验和运行提供技术支撑。

[0027] (3)本发明可以对铁芯剩磁量进行有效测量，方便消磁效果的检查，从而提高主变运行的安全性。

附图说明

[0028] 图1为铁磁材料中的磁畴示意图，其中，(1a)为磁化前示意图，(1b)为完全磁化后示意图；

[0029] 图2为铁磁材料中的磁滞回线和基本磁化曲线，其中，(2a)为磁滞回线，(2b)基本磁化曲线；

[0030] 图3为铁芯磁化曲线示意图；

[0031] 图4为有剩磁情况下空载电流示意图；

[0032] 图5为铁芯磁化曲线与空载电流直流分量和剩磁曲线的关系比较示意图；

[0033] 图6为本发明的流程示意图；

[0034] 图7为小电压下变压器空载电流波形示意图，其中，(7a)为Br＝-25(低压非线性区)时的波形图，(7b)为Br＝-100(低压非线性区)时的波形图，(7c)为Br＝-495.17(低压非线性区)时的波形图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0036] 变压器典型的基本磁化曲线如图3所示，可分为三部分：低压非线性区、线性区、高压非线性区。在没有剩磁情况下，现场开展低电压空载试验时，铁芯多工作在低压非线性区。若铁芯中有剩磁，在绕组上加载低电压的试验电压，铁芯中的磁感应强度与剩余磁感应强度叠加，铁芯中的磁感应强度就会出现偏置，相应的，空载电流也会出现直流偏置，如图4所示。因此，空载电流中的直流分量是铁芯中剩磁量的直接反应，测量小电压下的空载电流，可间接测量铁芯剩磁。

[0037] 从原理上，小电压小的空载电流中的直流分量与铁芯剩磁量遵守该变压器的基本磁化曲线约束，即铁芯剩磁量与空载电流中的直流分量是一一对应的。

[0038] 为验证这一对应关系，以某110kV主变绕组为例，应用EMTP建立仿真模型，在铁芯上加载380V正弦电压，计算在不同铁芯剩磁量下的空载电流，并应用傅里叶分析，计算出空载电流中的直流分量。计算结果如表1-2所示，表中，电流的基准值为主变额定电压下的空载电流值(1.78A)，磁通的基准值为额定电压下的磁通量(495.17Wb)。铁芯中磁感应强度分别在低压非线性区、线性区以及高压非线性区时，空载电流波形分别如图5所示。

[0039] 可见，小电压下的空载电流中的直流分量与铁芯剩磁量的对应关于与该变压器的基本磁化曲线基本一致。

[0040] 实际上，试验及运行人员只能从变压器出厂试验报告中得知主变空载特性，由于变压器的杂散电容影响，其与铁芯的励磁曲线存在一定的误差，但误差在工程允许范围内。在本发明中，应用主变空载特性曲线替代铁芯基本磁化曲线。

[0041] 如图6所示，本发明的变压器铁芯剩磁的测量方法包括以下步骤：

[0042] 1)获取主变空载特性曲线，将其转换为变压器铁芯的磁化曲线，该磁化曲线揭示空载电流的直流分量与铁芯剩磁的关系；

[0043] 2)在变压器绕组上加载380V交流试验电压，测量获得空载电流；

[0044] 3)通过对所述空载电流进行FFT分解，获得直流分量；

[0045] 该方法中，直流分量采用标幺值形式记录，通过以下公式获取：

[0046]

[0047] 式中，Idc为实测主变空载电流的直流分量， 为主变空载电流直流分量的标幺值，I0为主变的额定电流的有效值；

[0048] 4)根据所述磁化曲线和直流分量获得铁芯剩磁。

[0049] 利用小电压下的空载电流测量剩磁测量的关键在于变压器空载特性转换成基本磁化曲线的准确度。在转换过程中，做以下假设：

[0050] 1、忽略铁芯中的磁滞和涡流损耗；

[0051] 2、忽略绕组电阻；

[0052] 3、逐点形成磁化曲线。

[0053] 电力系统中的电压可看成理想电压源，即标准正弦电压，因此铁芯磁通量为：

[0054] (该公式中，urms、ω分别表示什么？)

[0055] 式中，urms为系统电压有效值，ω为系统电压角频率，ω＝2πf，f为系统电压频率，在我国f＝50Hz。

[0056] 电流转换比较复杂，在转换过程中，选取第一个点为参考点，参考点以下部分认为是线性区域。

[0057] 参考点在磁化曲线中的电流值见下式

[0058]

[0059] 式中，irms,1为电流转换中，第一个点即参考点的电流有效值。

[0060] 其余各点均递推求得。假设in为下一个待求的值，进而假设正弦磁链正好在最大值达到φn。电流曲线采用分段线性法，各已知点均已确定，只有最后一段因in未知不确定。则用积分法计算in的有效值：

[0061]

[0062] 利用梯形积分法，可计算

[0063]

[0064] 式中，a、b分别为梯形积分法的常系数，可根据主变磁化曲线计算所得。

[0065] 另有，In＝irms,n

[0066] 则可求出磁化曲线中第n点的电流值in，从而逐点形成磁化曲线。