CN102800458B - 直流衰减变频消磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电力系统大容量高电压大感性电气设备的剩磁消除以及剩磁测量的装置。采用创新的直流衰减变频技术，产生直流衰减变频信号对电力变压器互感器高压端进行消磁；同时通过一个特殊方法将交流信号使加到电力变压器互感器的低压测量剩磁的多少。实现了体积小、重量轻，消磁彻底，消磁时间快，剩磁测量简单等。克服了交流法庞大又笨重，非常不适合现场应用，组成复杂，操作繁琐的不足，达到了交流法的效果，并对剩磁的多少做了量化计量。确保了电力设备的安全正常运行，进一步提高国民经济效益。

Description

直流衰减变频消磁装置

技术领域

本发明属于电力系统电感性设备技术领域，涉及一种电力系统大容量高电压大感性电气设备的剩磁消除以及剩磁的测量，特别涉及一种电力变压器、互感器测量完直流电阻后剩磁的消除以及剩磁的测量。

背景技术

由于铁磁材料固有的磁滞现象，在对电力变压器互感器进行电压比、直流电阻测量等操作后会在铁心中残留剩磁。由于剩磁的存在，当变压器投入运行时铁心剩磁使变压器铁心半周饱和，产生大量励磁电流，而励磁电流中会携带大量谐波。这不仅增加了变压器的无功消耗，而且因影响电网的质量，更会引起继电保护器误动作，甚至会使电网的上级系统跳闸，造成一定的经济损失。剩磁对我们的危害有：

1、引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；

2、变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；

3、 A电站一台变压器空载接进电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他B电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympathetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；

4、数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；

5、诱发操纵过电压，损坏电网中的电气设备；

6、励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；

 7、励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

 8、造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。

 例如，2011年12月因敦煌750kV单相70MVA主变带剩磁合闸，造成西藏800kV直流跳闸事故。

综上所述，在对电力变压器互感器进行电压比、直流电阻测量等操作后在铁心中所产生的残留剩磁，对我们危害是显而易见的。所以我们在电力变压器互感器投运前的消磁工作是非常必要的。从消磁效果出发人们马上就能想到交流法来实现，因为它也是人们最熟悉不过的方法，并且它能将残留剩磁消除得一干二净。但交流消磁的设备只适合变压器互感器的生产厂家在试验室里应用，因为它即庞大又笨重，非常不适合现场应用，组成复杂，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的主要是解决剩磁所产生的励磁涌流和谐波对电力变压器互感器以及整个电网的危害。提供一种电力系统大容量高电压大感性电气设备的剩磁消除以及测量的装置。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种直流衰减变频消磁装置，包括直流衰减变频源、控制采集单元、衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元、消磁输出单元。

所述直流衰减变频源的输出端与消磁输出单元的输入端相连，所述消磁输出单元的输出端连接至待消磁的电气设备的高压端；

所述直流衰减变频源用于输出直流衰减变频消磁信号，通过消磁输出单元对直流衰减变频信号进行过流过压保护后连接到被消磁的被试品；

所述衰减变频信号电流检测单元、衰减变频信号电压检测单元分别用于检测所述直流衰减变频源输出的直流衰减变频信号中的衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号，并将所检测的衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输入至所述控制采集单元，用于给直流衰减变频源提供一反馈信号，确保直流衰减变频源所输出的直流衰减变频消磁信号正常稳定，同时确定消磁进度。

所述控制采集单元将所述衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输出至专家分析系统，专家分析系统通过对所采集到的衰减变频信号电流、衰减变频信号电压信号与对待消磁电气设备消磁前在装置中设置的对应预设数据对比，控制和判断消磁进度，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。

本发明的消磁工作，是通过直流衰减变频源所产生的不同输出档位，由大到小顺序依次进行消磁工作，最终将剩磁消除。

本发明采用创新的直流衰减变频法技术，其直流衰减变频源通过自动增益控制单元由消磁输出单元输出的测试线连接到电力变压器互感器高压端用于消磁工作；交流信号源经过测量输出单元输出的测试线接到电力变压器互感器低压端用于剩磁测量工作，各检测单元通过传感器将信号传送给控制采集单元，通过专家分析系统来实现消磁及剩磁测量工作，具有消磁装置体积小、重量轻，消磁彻底，消磁时间快等优点。

本发明克服了交流法的不足，达到了交流法的效果，并对剩磁的多少做了量化计量，可以确保电力系统大容量高电压大感性电气设备以及电网的安全正常运行，进一步提高国民经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例1的电路结构框图；

图2是图1中直流衰减变频源产生电路结构框图；

图3是图1中直流衰减变频源输出电流波形图；

图4是本发明消磁过程B-H图；

图5是本发明实施例2的电路结构框图；；

图6是本发明实施例3的电路结构框图； 

图7是本发明针对三相一体消磁电气设备现场接线原理图；

图8是本发明针对单相单体消磁电气设备现场接线原理图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：如图1所示，一种直流衰减变频消磁装置，包括直流衰减变频源8、控制采集单元7、衰减变频信号电流检测单元9、衰减变频信号电压检测单元10、消磁输出单元11。所述直流衰减变频源8的输出端与消磁输出单元11的输入端相连，所述消磁输出单元11的输出端连接至待消磁的电气设备的高压端；所述直流衰减变频源8用于输出直流衰减变频消磁信号，通过消磁输出单元11对直流衰减变频信号进行过流过压保护后连接到被消磁的被试品；所述衰减变频信号电流检测单元9、衰减变频信号电压检测单元10分别用于检测所述直流衰减变频源8输出的直流衰减变频信号中的电流和电压信号，并将所检测的衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输入至所述控制采集单元7，用于给直流衰减变频源8提供一反馈信号，确保直流衰减变频源8所输出的直流衰减变频消磁信号正常稳定，同时确定消磁进度。

所述控制采集单元7将所述衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输出至专家分析系统13，专家分析系统13通过对所采集到的衰减变频信号电流、衰减变频信号电压信号与对待消磁电气设备消磁前在装置中设置的对应预设数据对比，控制和判断消磁进度，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。

当本发明装置进入消磁工作后控制采集单元7就会控制直流衰减变频源8输出直流衰减变频消磁信号，消磁信号波形如图3所示。在消磁过程中衰减变频信号电流检测单元9和衰减变频信号电压检测单元10就会将所检测到的电流电压信号传给控制采集单元7（目的是为了给直流衰减变频源8一个反馈信息，确保直流衰减变频源8所输出的信号正常稳定，同时确定消磁进度。）,所采集到的数据经过处理后发送到专家分析系统13，专家分析系统13通过对所采集到的数据进行分析，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。

如图2所示，直流衰减变频源产生，是由控制采集单元7选择恒流源15的电流输出档位，并使其周期性衰减；控制采集单元7同时控制增益控制单元16增益的大小，确保电流输出线性周期性衰减；控制采集单元7同时也周期性切换极性转换单元17使其输出的消磁信号达到直流衰减变频效果，具体波形示意图如图3所示。

如图3所示，本发明直流衰减变频源输出电流波形图，它的产生由控制采集单元7选择恒流源15的电流输出档位、控制增益控制单元16增益的大小、切换极性转换单元17输出的极性所产生的电流波形。

如图4所示，本发明消磁过程的B-H图。它的是由图3消磁电流波形形成过程所对应产生的。从B-H图形上不难看出最终将剩磁减小到接近零值。这一点可以通过剩磁测量来证明。

实施例2：如图5所示，本发明所述直流衰减变频消磁装置除了包含实施例1中的所有元件外，还进一步包括交流信号源2、交流电流检测单元3、交流电压检测单元4、测量输出单元5。

所述交流信号源2由所述控制采集单元7控制，用于产生交流测量信号，为待消磁电气设备的剩磁测量提供信号源，所述交流信号源2输出的交流测量信号通过测量输出单元5施加到所述电气设备的低压端。

所述交流电流检测单元3、交流电压检测单元4分别用于检测所述交流测量信号中的交流电流信号和交流电压信号，并将所检测的交流电流信号和交流电压信号输入至所述控制采集单元7。

所述控制采集单元7将测量信号输入至专家分析系统13，所述专家分析系统13根据所检测的交流电流信号和交流电压信号来计算所述电气设备的剩磁量。

当本发明装置进入“测量”状态时，控制采集单元7就会控制交流信号源2输出三相角差为120度的400V交流测量信号，为剩磁测量工作提供信号源，这时交流电流检测单元3和交流电压检测单元4就会将所检测到的电流电压信号传给控制采集单元7，所采集到的数据经过处理后发送到专家分析系统13，专家分析系统13通过分析得出空载电流的大小以及谐波含，再与我们人为输入的空载电流作对比，以及偶次谐波分量的大小来计算出剩磁的多少，并提示我们应该选择什么档位的消磁电流来进行消磁工作。

剩磁的计算的依据有两种方式：一是将所述交流电压信号作为模拟的空载电源，计算所述交流电压信号与所述电气设备的空载电流的理论值或出厂试验值的比值大小来判断剩磁量的大小，所述比值越大，剩磁量越大。二是计算所述交流电流信号或交流电压信号中偶次谐波分量与基波的比例关系来判断剩磁量的大小，比值越大，剩磁量越大。

实施例3：如附图6所示，本发明所述直流衰减变频消磁装置除了包含实施例2所述的电路结构外，还进一步包括电源转换单元1、人机对话单元6、显示单元12以及试验报告输出单元14。

所述电源转换单元1主要是将AC220V转换成各个单元所需的各种电源，保证其它有源单元正常工作；如：+5V直流电源供给控制采集单元7和专家分析系统13；+12V直流电源供给显示单元12和试验报告输出14；±15V直流电源供给检测单元3、4、9、10；±96V直流电源供给直流衰减变频源8；400V交流电源供给交流信号源2。

所述人机对话单元6主要是人们对本发明装置的参数设置、数据输入以及命令确认等操作单元。

所述显示单元12主要用来显示人们通过人机对话单元6所操作的记录以及本发明装置的运行过程和结果。

所述试验报告输出单元14是当试验结束后人们可以通过人机对话单元6操作输出或打印试验报告。

首先由电源转换单元1将AC220V转换成各个单元所需的各种电源，保证其它有源单元正常工作。当人为选择好所需工作状态“消磁”状态或“测量”状态（消磁就是进行消磁工作；测量就是测量变压器存在剩磁的多少）。测量输出单元5将交流测量信号经过过流过压处理连接到被测量的被试品（如电力变压器的低压端）；目的是为了检测出空载电流以及谐波含量，通过它来计算其剩磁的多少；消磁输出单元11将直流衰减变频信号经过过流继电器以及瞬态抑制器等保护后连接到被消磁的被试品（如电力变压器的高压端）；目的为给被消磁的被试品一个最佳的消磁信号。首先我们选择“测量”状态，这时控制采集单元7就会通过专家分析系统13由显示单元12提示要求我们输入电力变压器互感器的空载电流的理论值或出厂试验值，这样专家分析系统13就会记录下来并提示进入剩磁测量工作。当装置进入测量工作时，控制采集单元7就会控制交流信号源2输出三相角差为120度的400V交流测量信号，为剩磁测量工作提供信号源，这时交流电流检测单元3和交流电压检测单元4就会将所检测到的电流电压信号传给控制采集单元7，所采集到的数据经过处理后发送到专家分析系统13，专家分析系统13通过分析得出空载电流的大小以及谐波含，再与我们人为输入的空载电流作对比，以及偶次谐波分量的大小来计算出剩磁的多少，并提示我们应该选择什么档位的消磁电流来进行消磁工作。也可以由试验报告输出14单元输出测量报告。装置进入消磁工作后控制采集单元7就会控制直流衰减变频源8输出直流衰减变频消磁信号，消磁信号波形如图3所示。在消磁过程中衰减变频信号电流检测单元9和衰减变频信号电压检测单元10就会将所检测到的电流电压信号传给控制采集单元7，所采集到的数据经过处理后发送到专家分析系统13，专家分析系统13通过对所采集到的数据进行分析，并与人机对话单元6所输入的设置数据作对比，控制和判断消磁进度，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。当剩磁测量工作结束后它将会把分析结果由显示单元12提示我们应该选择什么档位的消磁电流来进行下一步消磁工作，或者提示是否输出测试报告，如果需要可通过人机对话单元6选择报告类型，由试验报告输出14单元输出测量报告。

如图7所示，本发明各实施例所显示的直流衰减变频消磁装置18在三相一体的待消磁电气设备19（以三相变压器为例）中的的使用现场接线原理图，针对三相一体的大容量高电压的待消磁电气设备19，将测量输出接线柱用专连接线连接至待消磁电气设备19的低压端a、b、c；消磁输出的两端分别接待消磁电气设备19高压端的B相和O相(高压尾)。这样完全能达到消磁效果，用消一相的时间实现了三相的消磁，从而做到了事半功倍的效果。进一步提高了电力生产效率。所有接线一次性接好，在消磁、测量过程中不需要换线。

如图8所示，本发明各实施例所显示的直流衰减变频消磁装置18在单相单体待消磁电气设备20（以单相变压器为例）的使用现场接线原理图，针对单相单体的大容量高电压的待消磁电气设备20，将测量输出接线柱a、b用专连接线连接至待消磁电气设备20的低压端a、x；消磁输出的两端分别接待消磁电气设备20高压端的A相X相(高压尾)。所有接线一次性接好，在消磁、测量过程中不需要换线。

对于本发明的有效性验证即剩磁测量，可以是通过一个特殊方法将交流信号使加到低压侧看被测设备的空载电流的大小与理论值或出厂试验值进行比较进一步确认剩磁的多少。确保电力系统大容量高电压大感性电气设备以及电网的安全正常运行，进一步提高国民经济效益。

Claims (11)

1.一种直流衰减变频消磁装置，包括直流衰减变频源（8）、控制采集单元（7）、衰减变频信号电流检测单元（9）、衰减变频信号电压检测单元（10）、消磁输出单元（11）；其特征在于：

所述直流衰减变频源（8）的输出端与消磁输出单元（11）的输入端相连，所述消磁输出单元（11）的输出端连接至待消磁的电气设备的高压端；

所述直流衰减变频源（8）用于输出直流衰减变频消磁信号，通过消磁输出单元（11）对直流衰减变频信号进行过流过压保护后连接到待消磁的电气设备；

所述衰减变频信号电流检测单元（9）、衰减变频信号电压检测单元（10）分别用于检测所述直流衰减变频源（8）输出的直流衰减变频信号中的电流和电压信号，并将所检测的衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输入至所述控制采集单元（7），用于给直流衰减变频源（8）提供一反馈信号，确保直流衰减变频源（8）所输出的直流衰减变频消磁信号正常稳定，同时确定消磁进度；

所述控制采集单元（7）将所述衰减变频信号电流和衰减变频信号电压信号输出至专家分析系统（13），专家分析系统（13）通过对所采集到的衰减变频信号电流、衰减变频信号电压信号与对待消磁电气设备消磁前在装置中设置的对应预设数据对比，控制和判断消磁进度，如果消磁过程结束，它将自动进行放电并进行剩磁测量工作。

2.根据权利要求1所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频源（8）包括顺次连接的恒流源（15）、增益控制单元（16）和极性转换单元（17）；

控制采集单元（7）的控制输出端分别连接至所述恒流源（15）、增益控制单元（16）和极性转换单元（17）；分别用于选择恒流源（15）的电流输出档位，使其周期性衰减；控制增益控制单元（16）增益的大小，确保电流输出线性周期性衰减；周期性切换极性转换单元（17）使其输出的消磁信号达到直流衰减变频效果。

3.根据权利要求1或2所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括交流信号源（2）、交流电流检测单元（3）、交流电压检测单元（4）、测量输出单元（5）；

所述交流信号源（2）由所述控制采集单元（7）控制，用于产生交流测量信号，为待消磁电气设备的剩磁测量提供信号源，所述交流信号源（2）输出的交流测量信号通过测量输出单元（5）施加到所述电气设备的低压端；

所述交流电流检测单元（3）、交流电压检测单元（4）分别用于检测所述交流测量信号中的交流电流信号和交流电压信号，并将所检测的交流电流信号和交流电压信号输入至所述控制采集单元（7）；

所述控制采集单元（7）将测量信号输入至专家分析系统（13），所述专家分析系统（13）根据所检测的交流电流信号和交流电压信号来计算所述电气设备的剩磁量。

4.根据权利要求3所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

在所述专家分析系统（13）中，将所述交流电压信号作为模拟的空载电源，计算所述交流电压信号与所述电气设备的空载电流的理论值或出厂试验值的比值大小来判断剩磁量的大小，所述比值越大，剩磁量越大。

5.根据权利要求3所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

在所述专家分析系统（13）中，计算所述交流电流信号或交流电压信号中偶次谐波分量与基波的比例关系来判断剩磁量的大小，比值越大，剩磁量越大。

6.根据权利要求3所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括人机对话单元（6），所述人机对话单元（6）与所述控制采集单元（7）相连，用于设置和输入待消磁的电气设备的相关参数和预设数据；

并能够通过人机对话单元（6）选择“消磁”或“测量”工作状态，即设定控制采集单元（7）控制直流衰减变频源（8）直流衰减变频信号进行电气设备的消磁工作，还是控制交流信号源（2）产生交流测量信号进行电气设备的剩磁检测工作。

7.根据权利要求3所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括显示单元（12）以及试验报告输出单元（14）；

所述显示单元（12）、试验报告输出单元（14）均连接至所述专家分析系统（13）；

所述显示单元（12）用于提示消磁电流的档位，或者是否输出测试报告；试验报告输出单元（14）用于输出测量报告。

8.根据权利要求1所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括电源转换单元（1），用于将AC220V转换成消磁装置中其它各个单元所需电源。

9.根据权利要求3所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括电源转换单元（1），用于将AC220V转换成消磁装置中其它各个单元所需电源。

10.根据权利要求6所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括电源转换单元（1），用于将AC220V转换成消磁装置中其它各个单元所需电源。

11.根据权利要求7所述的直流衰减变频消磁装置，其特征在于：

所述直流衰减变频消磁装置还进一步包括电源转换单元（1），用于将AC220V转换成消磁装置中其它各个单元所需电源。

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