CN105445680B - 基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩磁通的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩磁通的测量方法。考虑变三相三铁芯柱变压器铁心、铁轭涡流损耗电阻、电感以及零序磁通涡流等效电阻和电感，建立三相三铁芯柱变压器对偶原理的暂态分析模型，在变压器低压侧绕组任意两相施加宽度可控的脉冲电压，用多通道示波器在变压器不同位置采集电压信号，并进行积分运算处理，得到三铁芯柱和上下铁轭剩磁通值。本发明能精确测试三相三铁芯柱变压器铁芯、铁轭中最原始的剩磁通量，并具有试验设备轻便、试验过程安全和效率高的特点。该方法进行第一次剩磁通测试后，剩磁通发生改变，如再次进行测量不具有复现性。

Description

基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩 磁通的测量方法

技术领域

本本发明涉及电力系统中三相三铁芯柱的铁磁元件剩磁通的测量，特别适用于变压器剩磁通的测量。

技术背景

类似互感器、变压器和电抗器的铁磁元件是电力系统的重要设备，在电力系统的故障诊断和保护中起着重要作用。在变压器受到短路冲击等故障时，或者对变压器进行电压比、直流电阻测量和空载实验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,产生超过正常电流数倍甚至十数倍的励磁涌流，励磁涌流中含有大量谐波,这不仅增加了变压器的无功消耗,而且可能引起继电保护器误动作,变压器投切失败，造成一定的经济损失。铁心的高度饱和使漏磁增加,引起金属结构件和油箱过热，局部过热将使绝缘纸老化并使变压器油分解,影响变压器的寿命。剩磁产生的原因是由于铁磁材料固有的磁滞现象，剩磁不会自动消失，将长期存在。当前对变压器铁心、铁轭剩磁方面的研究不够重视，一些相关的规程和标准中往往忽略了剩磁通对铁磁元件性能的影响，因此研究剩磁通产生机理和其存在的规律，进而采取相应消除措施具有十分重大意义。

发明内容

在这样的背景条件下，本发明的目的是为了充分发挥基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩磁通的优点，更高效、更准确的进行三相三铁芯柱铁心和铁轭磁通的测试方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩磁通的测量方法，其特征在于，剩磁测量方法为：

1)建立基于对偶原理的三相三铁芯柱等效电路模型，见图1，二次绕组为二次直阻R₂、漏抗X₂和负荷电阻R_l串联，一次绕组为激磁电阻R_m、激磁电感L_m并联后与一次直阻R₁、一次漏抗X₁串联，A相零磁通涡流电阻R₀、零序磁通线性电感L₀并联后一端接在A相R₁、 X₁之间，一端接在C相，B相R₀、L₀并联后一端接在B相R₁、X₁之间，一端接在A相，C 相R₀、L₀并联后一端接在C相R₁、X₁之间，一端接在B相，上铁轭漏磁通涡流损耗电阻R_y、漏磁通 涡流损耗非线性电感L_y并联后，一端接在A相，另一端接在C相，下铁轭漏磁通R_y、 L_y并联后，一端接在B相，另一端接在C相；

2)采用脉宽可调方波电源输出到被测三相三铁芯柱低压绕组进行任意两相激励，变压器高压侧绕组开路，将r电阻串入激励回路作为取样电阻测试回路中电流信号，将r电阻端电压U_r接入电流监测装置，低压侧绕组U_ac、U_ba、U_bc和高压侧绕组电压U_AC、U_BC接入电压测量存储装置；

3)试验时由脉宽可调方波电源输出正方向电压U₊＝+V_s，观察电流监测装置电流波形，当正方向电流波形趋于稳定时，调节脉宽可调电源输出负方向电压U_-＝-V_s，观察电流监测装置电流波形，当负方向电流波形趋于稳定时，断开脉宽可调方波电源输出，电压测量存储装置记录从施加正方向电压到断开电源时间段U_ac、U_ba、U_bc和高压侧绕组电压U_AC、U_BC以及取样电阻U_r的电压波形，并存入存储器；

4)读取存储器中存储的电压波形瞬时值u_ac、u_ba、u_bc，读取U_r对应的瞬时电流值i，对电压u_ac、u_ba、u_bc进行如下运算得到励磁电势：e_ac＝u_ac-R₂×i-jwL₂×i，对励磁电势e_ac、e_ba、e_bc进行积分得到三铁芯柱磁通量变化量曲线，曲线上最大值为最小值为则三铁芯柱的剩磁通为

5)读取存储器中存储的电压波形瞬时值数据u_AC、u_BC，对电压u_AC、u_BC进行如下运算u’_AC＝u_AC/n，其中n为变压器变比；对u’_AC、u’_BC进行积分得到上下铁轭磁通量变化量曲线，曲线上最大值为最小值为则三铁芯柱的剩磁通为

和现有的技术相比较，本发明具备如下优点:

1.能够精确测试三相三铁芯柱变压器铁芯、铁轭中最原始的剩磁通量，弥补了目前三相三铁芯柱变压器剩磁通测量技术的空白。

2.具有试验设备轻便、试验过程安全和效率高的特点。

附图说明

为了使本发明的测量三相三铁芯柱变压器的剩磁通的方法、原理更为清楚，下面将结合附图对本发明进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的基于对偶原理的三相三铁芯柱数学模型；

图2为本发明的技术方案实施原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明如何实施：见图1，图2，

1)此案例变压器为△-Y型联接，变压器高压侧绕组开路，将输出幅值为±5V的脉宽可调方波电源输出到被测三相三铁芯柱低压绕组进行a、b相进行激励，将r＝1Ω电阻串入变压器a相低压绕组和脉宽可调方波电源之间，将U_r接入多通道数字示波器CH6通道，低压侧绕组U_ac、U_ba、U_bc接入多通道数字示波器CH1、CH2和CH3通道，将U_AC、U_BC接入多通道数字示波器CH4、CH5通道；

2)试验时由脉宽可调方波电源输出正方向电压U₊＝5V，观察示波器CH6通道电流波形，当正方向电流波形趋于稳定时，调节脉宽可调电源输出负方向电压U_-＝-5V，观察示波器CH6 通道电流波形，当负方向电流波形趋于稳定时，断开脉宽可调方波电源输出，记录从施加正方向电压到断开电源时间段CH1、CH2、CH3、CH4和CH5通道电压波形，并存入示波器的存储器；

3)读取存储器中CH1、CH2和CH3通道电压数据u_ac、u_ba、u_bc，读取通道CH6中电流数据i，对电压u_ac、u_ba、u_bc进行如下运算得到励磁电势：e_ac＝u_ac-R₂×i-jwL₂×i，对励磁电势e_ac、e_ba、e_bc进行积分得到三铁芯柱磁通量变化量曲线，曲线上最大值为最小值为则三铁芯柱的剩磁通为

4)读取存储器中CH5、CH6通道电压数据u_AC、u_BC，对电压u_AC、u_BC进行如下运算 u’_AC＝u_AC/n，其中n为变压器变比。对u’_AC、u’_BC进行积分得到上下铁轭磁通量变化量曲线，曲线上最大值为最小值为则三铁芯柱的剩磁通为

Claims (1)

1.基于对偶原理等效模型的三相三铁芯柱变压器铁芯和铁轭剩磁通的测量方法，其特征在于，剩磁测量方法为：

1)建立基于对偶原理的三相三铁芯柱等效电路模型，二次绕组为二次直阻R₂、漏抗X₂和负荷电阻R_l串联，一次绕组为激磁电阻R_m、激磁电感L_m并联后与一次直阻R₁、一次漏抗X₁串联，A相零磁通涡流电阻R₀、零序磁通线性电感L₀并联后一端接在A相R₁、X₁之间，一端接在C相，B相R₀、L₀并联后一端接在B相R₁、X₁之间，一端接在A相，C相R₀、L₀并联后一端接在C相R₁、X₁之间，一端接在B相，上铁轭漏磁通涡流损耗电阻R_y、漏磁通 涡流损耗非线性电感L_y并联后，一端接在A相，另一端接在C相，下铁轭漏磁通R_y、L_y并联后，一端接在B相，另一端接在C相；

2)采用脉宽可调方波电源输出到被测三相三铁芯柱低压绕组进行任意两相激励，变压器高压侧绕组开路，将r电阻串入激励回路作为取样电阻测试回路中电流信号，将r电阻端电压U_r接入电流监测装置，低压侧绕组U_ac、U_ba、U_bc和高压侧绕组电压U_AC、U_BC接入电压测量存储装置；

3)试验时由脉宽可调方波电源输出正方向电压U₊＝+V_s，观察电流监测装置电流波形，当正方向电流波形趋于稳定时，调节脉宽可调电源输出负方向电压U_-＝-V_s，观察电流监测装置电流波形，当负方向电流波形趋于稳定时，断开脉宽可调方波电源输出，电压测量存储装置记录从施加正方向电压到断开电源时间段U_ac、U_ba、U_bc和高压侧绕组电压U_AC、U_BC以及取样电阻U_r的电压波形，并存入存储器；

4)读取存储器中存储的电压波形瞬时值u_ac、u_ba、u_bc，读取U_r对应的瞬时电流值i，对电压u_ac、u_ba、u_bc进行如下运算得到励磁电势：e_ac＝u_ac-R₂×i-jwL₂×i，对励磁电势e_ac、e_ba、e_bc进行积分得到三铁芯柱磁通量变化量曲线，曲线上最大值为φ₁，最小值为φ₂，则三铁芯柱的剩磁通为φ₀＝-(φ₁+φ₂)/2；

5)读取存储器中存储的电压波形瞬时值数据u_AC、u_BC，对电压u_AC、u_BC进行如下运算u’_AC＝u_AC/n，其中n为变压器变比；对u’_AC、u’_BC进行积分得到上下铁轭磁通量变化量曲线，曲线上最大值为φ₁，最小值为φ₂，则三铁芯柱的剩磁通为φ₀＝-(φ₁+φ₂)/2。