CN105182261A - 线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其包括以下步骤：施加交流试验电压到待测量的铁芯绕组线圈上，使用绕组线圈两端的电压和线圈中的电流数据重构铁芯的BH曲线并计算BH曲线的不对称度，根据计算出的不对称度在参考曲线上检索，获得铁芯的磁场强度大小和方向信息。本发明不仅能够测量线圈中铁芯剩磁的大小，还能测量出剩磁的方向，具有普遍适用性，可以广泛应用于线圈内置铁芯的电力设备剩磁的测量中，是有效测量电力设备铁芯剩磁所不可缺少的基础技术。可以快速进行剩磁测量，在剩磁测量结束后不会改变原剩磁状态，可以应用在对剩磁状态有特殊要求的应用场合。

Description

线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术，特别是涉及一种线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法。

背景技术

铁磁材料具有磁滞特性，表现在外加磁场突然撤去时，铁磁材料中的磁通先迅速降到一个中间值，经过弛豫过程降到稳态剩磁，稳态剩磁即为撤除点对应的磁滞回线上的剩磁。

变压器、电抗器、CT（电流互感器）等具有铁芯的感性设备通过的电流经常突然被切断，内部铁芯会留下剩磁。电磁式电流互感器剩磁一旦产生就不会自动消失,并在正常运行条件下长期存在，剩磁的存在将使电流互感器在励磁曲线上的起始工作点发生变化，缩短铁芯进入饱和的时间，加重铁芯饱和的程度，导致二次电流波形发生畸变，影响保护动作正确性，对电磁式电流互感器的稳态和暂态测量误差带来严重影响，要求在故障后进行CT剩磁检测以及进行退磁处理。

变压器铁芯有剩磁的情况也很普遍，在线圈直流电阻测量项目中为了缩短试验的时间和提高测量精度，通常采用快速测量仪器，该类仪器输出的直流电流为5A到20A，超过正常励磁电流的10倍以上，使变压器铁芯严重磁饱和而产生剩磁。运行中空载变压器拉闸则由于不可能将断路器三相分断时间都选在磁通为零的瞬间，这样造成变压器三相铁芯中的剩磁程度不一致。剩磁会影响变压器、电抗器的励磁涌流大小，巨大的励磁涌流电流电磁力不仅对内部结构强度造成冲击，同时由于冲击导致的油位波动影响重瓦斯继电器的错误动作，对电网的安全运行造成影响，现在电网要求大型变压器在并入电网前需要进行剩磁测量并作退磁处理。另外，变压器铁芯剩磁对线圈绕组的直流电阻和局放试验结果均存在影响，在试验前为了数据的准确性，也需进行进行剩磁测量和退磁处理。

对于PT、CT、变压器、电抗器等电气元件，其组成结构为线圈缠绕在铁芯上，线圈在外层，铁芯在线圈的内部，并且由于结构等因素所限制，有些电气元件铁芯的剩磁无法通过直接接触方式获得，只能通过间接方式获取，目前针对铁芯的非接触式剩磁测量存在如下方法：

《电力变压器铁芯剩磁检测方法研究》（四川电力技术2009年第6期）中提供了一种利用检测励磁电流的偶次谐波来判断有无剩磁的检测方法。

《变压器铁芯剩磁估量》（电网技术2011年第2期），提出了一种变压器铁芯剩磁估量方法，依据变压器空载合闸后在变压器一次侧检测到的电压电流数据和空载合闸角，寻找变压器的铁芯饱和时刻，估量变压器分闸后铁芯中的剩磁。

《电流互感器剩磁测量系统及测量方法》（CN103176147A）公开了电流互感器剩磁测量系统及测量方法，该方法的结果并没有测量出剩磁，仅仅考虑了剩磁系数对电流互感器的运行情况的分析，而且并不适用于大型电力设备的剩磁检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其不仅能够测量线圈中铁芯剩磁的大小，还能测量出剩磁的方向。通过根据预先测量获得的不同剩磁状态时某一试验电压下的BH曲线不对称度曲线，使用相同的试验电压在进行剩磁测量，获得此时重构的BH曲线的不对称度，通过查找不对称度-剩磁曲线，获得当前铁芯的剩磁场强度大小，不对称度的正负表示剩磁的方向。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法包括以下步骤：施加交流试验电压到待测量的铁芯绕组线圈上，使用绕组线圈两端的电压和线圈中的电流数据重构铁芯的BH曲线并计算BH曲线的不对称度，根据计算出的不对称度在参考曲线上检索，获得铁芯的磁场强度大小和方向信息。

优选地，所述BH曲线的重构及不对称度的计算步骤如下：对电压和电流进行高速数字采样，以电流变化表示外部磁场强度H的变化，以电压的积分表示磁感应强度B的变化，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴逐点绘制重构出等效BH曲线，分别找出BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值以及新的中心点，以新的中心点为原点构建新的参考坐标系将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内极值点与坐标轴形成的矩形面积S1、S3，BH曲线的不对称度k_asy=(S1-S3)/(S1+S3)。

优选地，所述BH曲线的不对称度的正负表示当前剩磁的方向。

优选地，所述参考曲线为不对称度-剩磁曲线，参考曲线制作步骤如下：将试验电压固定为某一数值保持不变，改变铁芯中剩磁的大小，获得该电压下不同剩磁状态时的BH曲线的不对称度，绘出表征剩磁和BH曲线不对称度之间变化关系的不对称度-剩磁曲线。

优选地，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法测量剩磁时的交流试验电压为本次测量所使用的不对称度-剩磁曲线所对应的电压，在剩磁测量时先用100%试验电压进行测量，当发现不对称度较大时，降低试验电压重新进行测量，通过灵活的选择使用试验电压及其对应的不对称度-剩磁曲线，更加精确的测量获得剩磁数据。

优选地，所述不对称度-剩磁曲线制作过程中改变试验电压大小，能够获得不同试验电压下的多组不对称度-剩磁曲线。

优选地，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法应用在包括但不限于CT、变压器、电抗器以及其他内置铁芯的电气设备的剩磁测量上。

优选地，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法根据产品结构不同，不对称度-剩磁曲线的获得方法具体包括直接测量法和饱和点等效变换法。

优选地，所述不对称度-剩磁曲线制作的直接测量法步骤如下：

A：在设备绕组线圈的两端接入交流电压，将电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

B：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

C：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间；

D：使用可接触式的磁场强度测试仪器，测量此时铁芯的剩磁并记录；

E：对绕组线圈施加试验电压，重构BH曲线计算不对称度并记录；

F：回到步骤A，增大步骤B中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的步骤A到E；

G：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述步骤F中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入步骤G绘制曲线。

优选地，所述不对称度-剩磁曲线制作的饱和点等效变换法步骤如下：

第一步：将内置铁芯设备的绕组线圈连接到一个能够调整电压大小的交流电源上；

第二步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第三步：将交流电源电压调整到一个初始值上；

第四步：采集当前电压下的线圈流过的励磁电流，使用电压电流重构出当前电压下的BH曲线；

第四步：增大交流电源电压，回到第四步，重复进行第四步，直到由于电压的增大，BH曲线出现进入饱和区域的水平段；

第五步：将每个电压下的BH曲线在同一个坐标中显示，构成一组BH曲线簇，根据硅钢片产品手册中的BH曲线查找出饱和时的磁感应强度数值，将此饱和值与曲线簇最外侧曲线饱和点的坐标比较，求出坐标变换系数，由于曲线簇在同一坐标内，通过坐标变换，即可查找出获得曲线簇中各个不同励磁电流下的剩磁值；

第六步：查找第五步中获得的曲线簇，找到最小剩磁电流时对应的BH曲线，获得该BH曲线励磁电流的峰值，作为模拟剩磁产生的直流电流初始值；

第七步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第八步：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

第九步：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间，此时稳定的剩磁在对应BH曲线中查找获得；

第十步：对绕组线圈施加试验电压，重构的BH曲线计算不对称度并记录，同时记录第九步中在BH曲线上查找获得的剩磁数值；

第十一步：回到第七步，然后增大第八步中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的第七步到第十步；

第十二步：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点数据曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述第十一步中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入第十二步绘制曲线。

上述第八步中，通过绕组线圈的直流电流从第六步中的直流电流初始值开始增大。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过研究不同剩磁状态下重构的铁芯BH曲线的特征，使用BH曲线不对称度与剩磁之间的关系来间接获取剩磁大小和方向，具有普遍适用性，可以广泛应用于线圈内置铁芯的电力设备剩磁的测量中，是有效测量电力设备铁芯剩磁所不可缺少的基础技术。本剩磁测量方法可以快速进行剩磁测量，在剩磁测量结束后不会改变原剩磁状态，可以应用在对剩磁状态有特殊要求的应用场合。

附图说明

图1为CT铁芯剩磁测量时的试验接线示意图。

图2为无剩磁时铁芯在不同电压下的BH曲线示意图。

图3为铁芯有剩磁时实际的BH曲线示意图。

图4为铁芯有剩磁时重构的BH曲线示意图。

图5为BH曲线不对称度的计算原理示意图。

图6为当剩磁为正向0.4pu时重构的BH曲线及不对称度示意图。

图7为当剩磁为反向0.4pu时重构的BH曲线及不对称度示意图。

图8为不对称度-剩磁的关系曲线示意图。

具体实施方式

本发明可以用于线圈内置铁芯设备的铁芯磁场强度测量，下面具体以电流互感器CT的剩磁测量来说明本发明的具体应用，如下描述中所使用的试验电源频率为工频50Hz。

针对CT剩磁问题，《GB16847-1997保护用电流互感器暂态特性技术要求》中规定的剩磁系数用于衡量电流互感器的剩磁量，只能提供表征CT性能的剩磁系数这个相对值，无法提供实际剩磁大小和剩磁方向，不能用于指导针对性的退磁处理。

常用的环形CT的结构如图1所示，一次回路的电流流经导体101从环形CT的内部穿过，CT的铁芯103由硅钢片卷成环形，CT二次绕组线圈102缠绕在铁芯103的外部，为了提高绝缘效果，还采用环氧树脂进行了密封填充处理，密封填充后CT的铁芯无法采用接触式磁场强度计测量获得剩磁，由于二次绕组匝数多，CT伏安特性测试由交流电源104在CT二次绕组上施加可调交流试验电压进行，当铁芯没有剩磁时，调节104输出的试验电压大小，在不同大小的试验电压下，铁芯的磁滞回线如图2所示，其中电压从内向外依次增大，即第一磁滞回线201、第二磁滞回线202、第三磁滞回线203对应的试验电压依次增大，从图2中可以看出第一磁滞回线201中铁芯未进入饱和区，第二磁滞回线202中铁芯到达拐点，即将进入饱和区，而第三磁滞回线203铁芯则已进入饱和区，根据IEC标准，拐点的定义为：在某一个工作点，当在这个工作点磁通增加10％，与此同时电流增加50％的时候，这一点就称为拐点。

磁滞回线的形状不仅与试验电压有关，同时还受剩磁的影响，当CT铁芯存在剩磁时，在CT二次绕组102上施加相同的试验电压，内部铁芯的实际磁滞回线如图3所示，其中第四磁滞回线301为无剩磁时的磁滞回线，第五磁滞回线302、第六磁滞回线303则为有剩磁时的磁滞回线，其中303的剩磁大于302的剩磁，从图3可以看出，在相同的试验电压下，由于剩磁的不同，第四磁滞回线301、第五磁滞回线302、第六磁滞回线303这三条曲线的形状出现了明显的不同。

在磁滞回线中，由于磁感应强度B和磁场强度H的非线性关系，在B-H平面上，在交流电压作用下，铁磁体磁化的物理过程在每个外加交变磁场周期内的两个半周期刚好相反，表现在磁滞回线具有中心反演的对称性,磁滞回线的运动轨迹是一个闭合的回线，闭合线对称于原点，分布在四个象限。没有剩磁时，随着电压的增大，磁滞回线如图2所示，此时的BH曲线在第一、第三象限同步增大并且对称。当铁磁材料存在剩磁时，铁磁材料内部的实际磁滞回线如图3所示，从图3中可以看出，由于电压不变，随着剩磁的增大，磁滞回线以剩磁为中心进行回环，并且随着剩磁的增大磁滞回线逐渐进入单侧饱和区域，在某一象限的横坐标增长速度大于另一个象限，出现了向某一侧的偏移变形，为了定量描述当前磁滞回线的偏移变形程度，根据磁滞回线在B-H平面上的图形特征，定义了BH曲线的不对称度，图5描述了BH曲线不对称度的计算原理。

CT铁芯实际磁滞回线无法直接获得，在CT伏安特性测试时，一次回路开路，二次绕组线圈中流过的电流主要用于励磁，故可以根据试验电源的频率和电压电流的数据采样频率，对U、I分别进行高速采样并存储每个瞬时采样值，以I变化表示磁场强度H的变化趋势，根据U=dΦ/dt=(d(B*s))/dt，以U的积分表示磁感应强度B的变化，以B、H分别为纵、横坐标轴，逐点绘制，这样就可以重构出一个闭环的BH曲线。图4为使用电压电流重构的BH曲线，其中第一曲线401表示无剩磁状态，第二曲线402、第三曲线403表示存在剩磁状态，其中第三曲线403的剩磁大于第二曲线402的剩磁。由于重构时无法获得剩磁的初始数据，每次BH曲线重构时都是按照零剩磁进行，这就导致了如图3、图4所示的两组曲线之间的差异，但通过对比图3、图4可以看出重构的BH曲线图形的偏移特征并未发生变化，只是曲线的起始位置发生了变化，根据图5的BH曲线不对称度的计算原理可以看出，BH曲线的不对称度计算不受BH起始位置的影响，在固定试验电压下，铁芯剩磁大小影响BH曲线的不对称度。

BH曲线不对称度的计算原理如图5所示，具体步骤如下：

对电压和电流分别进行高速数字采样，将电压和电流转换为表征其变化过程的采样数据序列，根据数据的采样率，截取当前时刻之前的一个完整周波电压电流采样数据序列，当试验电压频率为50Hz时，也就是20ms的采样数据序列，对电压数据序列进行积分处理后得到的B_one_wave序列，将其作为磁感应强度B的变化，电流数据作为H_one_wave序列表现磁场强度H的变化，在二维平面上，将H_one_wave序列作为水平方向的磁场强度H轴的坐标数据，B_one_wave序列作为垂直方向的磁感应强度B轴的坐标数据，使用上述两组数据序列构造出图5所示的BH曲线。max函数用来找出指定数据序列中的最大值，min函数用来找出指定数据序列中的最小值，使用max、min分别找出本周波BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，具体程序处理如下：

BH曲线H轴方向极大值点H_max=max(H_one_wave)；

BH曲线H轴方向极小值点H_min=min(H_one_wave)；

BH曲线B轴方向极大值点B_max=max(B_one_wave)；

BH曲线B轴方向极小值点B_min=min(B_one_wave)；

基于上述数据，图5中BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，由于试验电源是交流模式，根据交流电的中心对称特性，重构出的BH曲线H轴方向等效中心始终为“0”，即D点坐标中X0=0，而B轴方向中心Y0=(YB_max+B_min)/2，故D点坐标为D（0，(B_max+B_min)/2），以D点为原点构建新的参考坐标系，其横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，具体如图5所示。然后分别求出新坐标系中A、C两点在第一、第三两个象限内与坐标轴所形成的第一矩形面积S1、第三矩形面积S3，其中第一矩形面积S1、第三矩形面积S3具体组成如图5中的阴影部分所示，据此计算出本BH曲线的不对称度k_asy，计算步骤如下：

S1=|H_max*(B_max–(B_max+B_min)/2)|；

S3=|H_min*(B_min–(B_max+B_min)/2)|；

k_asy=(S1-S3)/(S1+S3)；

根据上述分析，铁芯的剩磁Br，试验电压Utest、不对称度k_asy的函数关系为式（1）：

k_asy=f1(Utest,Br)……（1）

由于试验电压、不对称度、剩磁三个变参数系统中需要有两个固定后方可进行另一个可变参数的计算，将公式（1）进行变形后可得剩磁的计算公式为式（2）：

Br=f2(Utest,k_asy)……（2）

在公式（1）中，将试验电压固定为某一数值保持不变，改变剩磁Br的大小，从而可以获得该电压下不同剩磁状态时的BH曲线的不对称度，这样就可以绘出图8所示的剩磁Br和BH曲线不对称度之间的变化关系曲线，也就是不对称度-剩磁曲线，由于磁滞回线存在饱和而导致的非线性，剩磁与不对称度之间呈现非线性变化。

试验电压的选择可以参考图2中的第一磁滞回线201、第二磁滞回线202，以能够灵敏检测剩磁变化为目的，试验电压不宜过高，否则将出现图2中第三磁滞回线203所示的铁芯进入双向饱和区情况，这时将影响改变铁芯的原有剩磁状态。

根据公式（2），在进行铁芯剩磁测量之前，在该铁芯对应的不对称度-剩磁曲线簇中选择其中适合本次试验使用的具体曲线，如图8中的第一不对称度-剩磁曲线801或第二不对称度-剩磁曲线802，然后使用此具体曲线对应的试验电压Utest进行试验，获得该电压下的BH曲线的不对称度k_asy，在图8所示的不对称度-剩磁曲线上查找即可获得当前不对称度k_asy数值所对应的剩磁数值。

通过上述方法能够将无法直接测量剩磁状态的变压器铁芯、电抗器、CT铁芯等设备内部铁芯的剩磁通过间接方式测量出来。

上述的不对称度-剩磁曲线根据铁芯所用导磁材料、制造工艺、结构等不同以及试验电压的大小而存在差异。

上述的不对称度-剩磁曲线的获得方法具体可以分为直接测量法和饱和点等效变换法。

剩磁的大小影响不对称度的大小，而剩磁的方向则影响不对称度的正负，如图6、图7所示，在相同大小而方向相反的剩磁作用下，计算出的不对称度存在正负差异，图6、图7中100%试验电压下不对称度分别为78.44%、-78.44%，k_asym的正负表示BH曲线的偏移方向，也就是当前剩磁的方向，在不对称度-剩磁曲线上查找100%试验电压对应的第一不对称度-剩磁曲线801曲线，在78.44%不对称度时对应的剩磁为0.4pu，从而求出图6、图7的剩磁分别为正向0.4pu、反向0.4pu。

由于在相同的剩磁下，试验电压不同时，铁芯进入饱和区的大小发生变化，这样就导致计算出来的不对称度也存在差异，在图8中第一不对称度-剩磁曲线801曲线为剩磁测量中采用100%试验电压下的对应曲线，第二不对称度-剩磁曲线802为采用50%试验电压时对应的不对称度-剩磁曲线，不对称度-剩磁曲线的横坐标剩磁大小采用标么制单位pu（perunit）。从801曲线中可以看出，当剩磁较大时，随着剩磁的增大，不对称度增长变化不再明显，无法根据不对称度在不对称度-剩磁曲线上准确的检索出剩磁的大小，为了能够丰富第一不对称度-剩磁曲线801中的局部细节信息，在剩磁测量中将电压降低到50%试验电压时，这是在第二不对称度-剩磁曲线802上就能够准确的检索出剩磁的大小。在铁芯剩磁较低时，剩磁测量中使用100%试验电压进行测量能够获得比较精确的剩磁数据，但随着剩磁增大，不对称度-剩磁曲线变得平缓，在不对称度-剩磁曲线上进行剩磁数据查找时，误差较大，此时可以采用降低试验电压方式重新测量剩磁，即可获得比较精确的剩磁数据。在剩磁测量时由于不知剩磁的大小，可以先用100%试验电压进行测量，当发现不对称度较大时，可以采用降低试验电压重新进行测量，具体应用中可以提供多个不同大小的试验电压下构造出多条不对称度-剩磁曲线，在实际测量剩磁时可以根据需要灵活的选择使用合适的试验电压及其对应的不对称度-剩磁曲线，以便能够更加精确的测量获得剩磁数据。

不对称度-剩磁曲线是通过测量BH曲线不对称度获得剩磁必不可少的一个环节，可以在出厂时要求厂家提供或自行测试后获得，可以进行单个试验电压或多个试验电压下对应的不对称度-剩磁曲线制作以便后期使用。

针对批量制造的产品，可以选择一台制造工艺完全相同的样品进行测试以获得该型号产品的不对称度-剩磁曲线，对于安装在现场的大型变压器等设备，则可以通过现场测试的方法获得本台设备的试验基础数据以便后期使用。

根据产品结构不同，不对称度-剩磁曲线可以通过直接测量法和饱和点等效变换法这两种方式获得，主要原理是先进行完全退磁后使用直流电流模拟产生剩磁，然后计算此剩磁对应的BH曲线的不对称度，从而绘出不对称度-剩磁曲线，具体过程如下：

一、不对称度-剩磁曲线制作的直接测量法

对于可以接触到铁芯的设备，通过如下方法步骤获得不对称度-剩磁曲线：

A：在设备绕组线圈的两端接入交流电压，将电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

B：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

C：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间；

D：使用可接触式的磁场强度测试仪器，测量此时铁芯的剩磁并记录；

E：对绕组线圈施加试验电压，重构BH曲线计算不对称度并记录；

F：回到步骤A，增大步骤B中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的步骤A到E；

G：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述步骤F中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入步骤G绘制曲线。

二、不对称度-剩磁曲线制作的饱和点等效变换法

对于变压器、电抗器等内置铁芯的设备，由于其工作电压较高，内部使用油绝缘，由于内部电压高，无法在内部铁芯上通过放置磁场强度探头的方式来进行铁芯剩磁的测量，对于有些CT而言，由于采用环氧树脂进行密封，也无法进行接触式剩磁的测量。

对于相同型号的硅钢片而言，叠片工艺以及气隙的存在会改变磁滞回线的形状，影响同样外部磁场强度下的剩磁，但其最大导磁能力不会改变，也就是说单片硅钢片与剪切叠片后的整体铁芯的磁滞特性中的饱和点不变，利用此特性，首先通过改变外部电压通过实测获得整体铁芯的BH曲线簇，然后再通入直流电流产生大小和方向可控的剩磁，求出不同剩磁下的BH曲线的不对称度，从而构造出精度满足工程需要的不对称度-剩磁曲线，具体步骤如下：

第一步：将内置铁芯设备的绕组线圈连接到一个能够调整电压大小的交流电源上；

第二步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第三步：将交流电源电压调整到一个初始值上；

第四步：采集当前电压下的线圈流过的励磁电流，使用电压电流重构出当前电压下的BH曲线；

第四步：增大交流电源电压，回到第四步，重复进行第四步，直到由于电压的增大，BH曲线出现进入饱和区域的水平段；

第五步：将每个电压下的BH曲线在同一个坐标中显示，构成一组BH曲线簇，根据硅钢片产品手册中的BH曲线查找出饱和时的磁感应强度数值，将此饱和值与曲线簇最外侧曲线饱和点的坐标比较，求出坐标变换系数，由于曲线簇在同一坐标内，通过坐标变换，即可查找出获得曲线簇中各个不同励磁电流下的剩磁值；

第六步：查找第五步中获得的曲线簇，找到最小剩磁电流时对应的BH曲线，获得该BH曲线励磁电流的峰值，作为模拟剩磁产生的直流电流初始值；

第七步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第八步：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

第九步：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间，此时稳定的剩磁在对应BH曲线中查找获得；

第十步：对绕组线圈施加试验电压，重构的BH曲线计算不对称度并记录，同时记录第九步中在BH曲线上查找获得的剩磁数值；

第十一步：回到第七步，然后增大第八步中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的第七步到第十步；

第十二步：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点数据曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述第十一步中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入第十二步绘制曲线。

上述第八步中，通过绕组线圈的直流电流从第六步中的直流电流初始值开始增大。

上述铁芯磁场强度的测量方法不仅可以应用在CT剩磁测量，也可以应用于变压器、电抗器以及其他内置铁芯的电气设备的剩磁测量上，具体应用时将所有绕组断开连接保持在开路状态，然后将试验电压施加到线圈匝数最多的绕组上，以便在不大的试验电流下能够驱使铁芯进入饱和区，从而降低对试验电源容量的要求，实现试验设备的小型化、便携化。本测量方法不仅可以快速进行剩磁测量，同时在剩磁测量结束后不会改变原剩磁状态，可以应用在对剩磁状态有特殊要求的应用场合。

所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法包括以下步骤：施加交流试验电压到待测量的铁芯绕组线圈上，使用绕组线圈两端的电压和线圈中的电流数据重构铁芯的BH曲线并计算BH曲线的不对称度，根据计算出的不对称度查找参考曲线，获得铁芯的磁场强度大小和方向。所述BH曲线的不对称度的计算步骤如下：对电压和电流进行高速数字采样，以电流变化表示外部磁场强度H的变化，以电压的积分表示磁感应强度B的变化，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴逐点绘制重构出等效BH曲线，分别找出BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值以及新的中心点，以新的中心点为原点构建新的参考坐标系将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内极值点与坐标轴形成的矩形面积S1、S3，BH曲线的不对称度k_asy=(S1-S3)/(S1+S3)。所述BH曲线的不对称度的正负表示当前剩磁的方向。所述参考曲线为不对称度-剩磁曲线，参考曲线制作步骤如下：将试验电压固定为某一数值保持不变，改变铁芯中剩磁的大小，获得该电压下不同剩磁状态时的BH曲线的不对称度，绘出表征剩磁和BH曲线不对称度之间变化关系的不对称度-剩磁曲线。所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法测量剩磁时的交流试验电压为本次测量所使用的不对称度-剩磁曲线所对应的电压，在剩磁测量时先用100%试验电压进行测量，当发现不对称度较大时，降低试验电压重新进行测量，通过灵活的选择使用试验电压及其对应的不对称度-剩磁曲线，更加精确的测量获得剩磁数据。所述不对称度-剩磁曲线制作过程中改变试验电压大小，能够获得不同试验电压下的多组不对称度-剩磁曲线。所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法应用在CT剩磁测量，或应用于变压器、电抗器以及其他内置铁芯的电气设备的剩磁测量上。所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法根据产品结构不同，不对称度-剩磁曲线的获得方法具体包括直接测量法和饱和点等效变换法。

本说明书的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法包括以下步骤：施加交流试验电压到待测量的铁芯绕组线圈上，使用绕组线圈两端的电压和线圈中的电流数据重构铁芯的BH曲线并计算BH曲线的不对称度，根据计算出的不对称度在参考曲线上检索，获得铁芯的磁场强度大小和方向信息。

2.如权利要求1所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述BH曲线的重构及不对称度的计算步骤如下：对电压和电流进行高速数字采样，以电流变化表示外部磁场强度H的变化，以电压的积分表示磁感应强度B的变化，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴逐点绘制重构出等效BH曲线，分别找出BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值以及新的中心点，以新的中心点为原点构建新的参考坐标系将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内极值点与坐标轴形成的矩形面积S1、S3，BH曲线的不对称度k_asy=(S1-S3)/(S1+S3)。

3.如权利要求1所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述BH曲线的不对称度的正负表示当前剩磁的方向。

4.如权利要求1所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述参考曲线为不对称度-剩磁曲线，参考曲线制作步骤如下：将试验电压固定为某一数值保持不变，改变铁芯中剩磁的大小，获得该电压下不同剩磁状态时的BH曲线的不对称度，绘出表征剩磁和BH曲线不对称度之间变化关系的不对称度-剩磁曲线。

5.如权利要求1所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法中测量剩磁时的交流试验电压为本次测量所使用的不对称度-剩磁曲线所对应的电压，在剩磁测量时先用100%试验电压进行测量，当发现不对称度较大时，降低试验电压重新进行测量，通过灵活的选择使用试验电压及其对应的不对称度-剩磁曲线，更加精确的测量获得剩磁数据。

6.如权利要求4所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述不对称度-剩磁曲线制作过程中改变试验电压大小，能够获得不同试验电压下的多组不对称度-剩磁曲线。

7.如权利要求1所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法应用在包括但不限于CT、变压器、电抗器以及其他内置铁芯的电气设备的剩磁测量上。

8.如权利要求4所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法根据产品结构不同，不对称度-剩磁曲线的获得方法具体包括直接测量法和饱和点等效变换法。

9.如权利要求8所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述不对称度-剩磁曲线制作的直接测量法步骤如下：

A：在设备绕组线圈的两端接入交流电压，将电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

B：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

C：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间；

D：使用可接触式的磁场强度测试仪器，测量此时铁芯的剩磁并记录；

E：对绕组线圈施加试验电压，重构BH曲线计算不对称度并记录；

F：回到步骤A，增大步骤B中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的步骤A到E；

G：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述步骤F中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入步骤G绘制曲线。

10.如权利要求8所述的线圈内部铁芯磁场强度非接触式测量方法，其特征在于，所述不对称度-剩磁曲线制作的饱和点等效变换法步骤如下：

第一步：将内置铁芯设备的绕组线圈连接到一个能够调整电压大小的交流电源上；

第二步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第三步：将交流电源电压调整到一个初始值上；

第四步：采集当前电压下的线圈流过的励磁电流，使用电压电流重构出当前电压下的BH曲线；

第四步：增大交流电源电压，回到第四步，重复进行第四步，直到由于电压的增大，BH曲线出现进入饱和区域的水平段；

第五步：将每个电压下的BH曲线在同一个坐标中显示，构成一组BH曲线簇，根据硅钢片产品手册中的BH曲线查找出饱和时的磁感应强度数值，将此饱和值与曲线簇最外侧曲线饱和点的坐标比较，求出坐标变换系数，由于曲线簇在同一坐标内，通过坐标变换，即可查找出获得曲线簇中各个不同励磁电流下的剩磁值；

第六步：查找第五步中获得的曲线簇，找到最小剩磁电流时对应的BH曲线，获得该BH曲线励磁电流的峰值，作为模拟剩磁产生的直流电流初始值；

第七步：将交流电源电压增大，直到铁芯进入双向饱和的过励磁状态，然后逐步调低电压，将铁芯完全退磁；

第八步：调整施加在绕组线圈两端的直流电压大小，控制通过绕组线圈的直流电流，直流电流的磁通将在铁芯上产生大小和方向满足要求的剩磁；

第九步：为了形成稳定的剩磁，将直流电流保持一段时间后，逐渐降低两端直流电压，当电流足够小时撤除直流电压，将其放置一段时间，此时稳定的剩磁在对应BH曲线中查找获得；

第十步：对绕组线圈施加试验电压，重构的BH曲线计算不对称度并记录，同时记录第九步中在BH曲线上查找获得的剩磁数值；

第十一步：回到第七步，然后增大第八步中的直流电流幅值，从而增大铁芯的剩磁，重复进行上述的第七步到第十步；

第十二步：将上述测量所得的剩磁和不对称度各点数据曲线绘出，即得到不对称度-剩磁曲线；

上述第十一步中直流电流增大到一定程度后，铁芯进入严重饱和区，剩磁不再随着直流电流的增大而增大，不对称度也不再出现明显变化，此时进入第十二步绘制曲线；

上述第八步中，通过绕组线圈的直流电流从第六步中的直流电流初始值开始增大。