CN105467347B - 一种电压互感器励磁特性曲线求取方法 - Google Patents

一种电压互感器励磁特性曲线求取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压互感器励磁特性曲线求取方法。目前，大部分试验单位采用利用电压平均值和电流有效值求取获取励磁特性的方法，该方法存在一定的局限性。本发明通过分析电压互感器电压平均值和电流波形谐波特性，利用电压波形数据平均值得到电压互感器两端磁链数值，利用电流谐波分析获取工频周期内电流峰值，得到包含电压互感器饱和段励磁特性。本发明考虑了电压互感器饱和后电压、电流波形畸变对励磁特性数据求取的影响，能够更为准确地获取包含饱和段的电压互感器励磁特性。

Description

一种电压互感器励磁特性曲线求取方法
技术领域
本发明涉及电压互感器励磁特性曲线求取方法，具体地说是一种基于励磁特性定义的电压互感器励磁特性曲线求取方法。
背景技术
励磁特性测量对于含铁芯设备比如电磁式电压互感器等有着重要意义。通过励磁特性曲线与历史数据的纵向对比可检查电压互感器等设备是否存在匝间短路，因此有关试验标准将励磁特性测量列为电压互感器的型式试验和例行试验项目。另一方面，在对上述含非线性铁心电感设备进行铁磁谐振分析、涌流计算等分析时，先要取得其励磁特性曲线。
目前励磁特性测试应用最广泛、测量电路最简单的是工频伏安特性法，当前电压互感器试验标准建议使用电流有效值获取励磁特性数据，随着电流增大，铁芯发生饱和后电流波形发生畸变。励磁特性实际是一系列电压磁滞回线顶点的连线，对应着工频周期内电流峰值和磁链数值，电流波形畸变后，电流有效值与电流峰值之间对应关系发生变化，此时使用电流有效值求取励磁特性将产生较大误差。电压互感器谐振过电压计算等理论计算、故障分析需要使用完整的励磁特性曲线，当励磁特性曲线饱和段出现较大误差时，分析计算产生困难，因此使用电流有效值法获取电压互感器励磁特性存在缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于励磁特性定义的电压互感器励磁特性求取方法，通过分析电压互感器电压平均值和电流波形谐波特性得到电压互感器包含饱和段的励磁特性，可用于故障诊断、谐振分析计算。
为此，本发明采用的技术方案如下：一种电压互感器励磁特性曲线求取方法，其包括如下步骤：
a)设定一系列测试电压，如U1、U2……Ui等；
b)在某一测试电压(如Ui)下，获取电压互感器绕组两端电压和电流工频稳态实时波形数据，其余绕组开路；
c)应用MATLAB软件对电流波形数据进行谐波分析以获取该绕组电流波形峰值；
d)应用MATLAB软件对电压波形数据进行平均值分析以获取该绕组磁链数值；
e)根据电流波形峰值和磁链数值在励磁特性图上作出该测试电压下的点；
f)重复步骤b)–e)，完成所有测试电压下励磁特性点测试；
g)对所有点用折线连接，得到完整励磁特性曲线。
本发明通过分析电压互感器电压平均值和电流波形谐波特性，利用电压波形数据平均值得到电压互感器两端磁链数值，利用电流谐波分析获取工频周期内电流波形峰值，得到包含电压互感器饱和段的励磁特性。
进一步，步骤c)中，采用MATLAB计算软件对电流波形数据进行谐波分析，得到电流波形峰值与各奇次谐波电流峰值的关系式为：
式中，imax为电流波形峰值，i2k+1为第2k+1次谐波电流峰值，2m+1为计算时所用最大谐波次数(可取29)。
进一步，步骤d)中，采用MATLAB计算软件对电压波形数据进行平均值分析，得到绕组磁链数值与各次电压平均值的关系式为：
式中，Uave为电压波形从过零点开始1/4周期的平均值，一个周期为0.02s，ψmax为该绕组磁链数值。
进一步，所述的Uave与电压波形离散点构成的数组UL的关系式为：
式中，J为采集得到的电压波形数组UL的数组长度。
与传统技术相比，本发明考虑了电流波形畸变对电压互感器励磁特性求取的影响，能够更为准确地获取包含饱和段的电压互感器励磁特性曲线。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明应用于10kV电压互感器发生饱和时电压、电流波形图(其励磁电压为1.2倍额定电压)。
图3为本发明应用于10kV电压互感器求取的励磁特性曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
以某10kV电压互感器为例，下面运用本发明所述的求取方法对电压互感器励磁特性进行求取，具体步骤如下：
①设定一系列测试电压。测试电压包含0.2、0.5、0.8、1.0、1.2倍额定电压。
②获取每个电压下电压互感器两端电压、电流波形数据。以1.2倍额定电压测试为例，所得电压、电流波形如图2所示。
③应用MATLAB软件对电流波形进行谐波分析，获得各次谐波峰值如表1：
表1 1.2倍额定电压励磁下电流谐波结果
谐波次数 基波 2次 3次 4次 5次 6次
谐波电流幅值/A 0.01334 8.64×10-5 0.003078 9.67×10-5 0.000678 7.33×10-5
谐波次数 7次 8次 9次 10次 11次 12次
谐波电流幅值/A 0.000424 5.16×10-5 0.000147 3.07×10-5 9.31×10-5 2.34×10-5
谐波次数 13次 14次 15次 16次 17次 18次
谐波电流幅值/A 4.67×10-5 1.79×10-5 3.97×10-5 1.30×10-5 2.01×10-5 9.31×10-5
谐波次数 19次 20次 21次 22次 23次 24次
谐波电流幅值/A 1.65×10-5 6.21×10-5 7.66×10-5 3.65×10-5 4.90×10-5 2.67×10-5
谐波次数 25次 26次 27次 28次 29次 30次
谐波电流幅值/A 9.02×10-5 1.13×10-5 2.55×10-5 1.63×10-5 8.65×10-5 7.88×10-5
由表2各次谐波电流峰值，通过式(1)计算得到电流波形峰值，为0.179A。
式中，imax为电流波形峰值，i2k+1为第2k+1次谐波电流峰值，2k+1值最大可取14。
④应用MATLAB软件对电压波形进行平均值分析，通过式(2)获取磁链数值，结果为：37.72Wb。
式中，Uave为电压波形从过零点开始1/4周期的平均值，一个周期为0.02s，ψmax为该绕组磁链数值。
其中Uave与电压波形离散点构成的数组UL的关系为公式(3)：
式中，J为采集得到的电压波形数组UL的数组长度。
⑤重复步骤②-步骤④，对步骤①中所有电压下的测试波形求取电流峰值imax磁链数值ψmax，结果如表2所示。使用折线连接上述点，获取电压互感器励磁特性曲线，如图3所示。
表2 励磁曲线测试结果

Claims (1)

1.一种电压互感器励磁特性曲线求取方法，其包括如下步骤：
a)设定一系列测试电压；
b)在某一测试电压下，获取电压互感器绕组两端电压和电流工频稳态实时波形数据，其余绕组开路；
c)应用MATLAB软件对电流波形数据进行谐波分析以获取该绕组电流波形峰值；
d)应用MATLAB软件对电压波形数据进行平均值分析以获取该绕组磁链数值；
e)根据电流波形峰值和磁链数值在励磁特性图上作出该测试电压下的点；
f)重复步骤b)–e)，完成所有测试电压下励磁特性点测试；
g)对所有点用折线连接，得到完整励磁特性曲线；
步骤c)中，采用MATLAB计算软件对电流波形数据进行谐波分析，得到电流波形峰值与各奇次谐波电流峰值的关系式为：
<mrow> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow>
式中，imax为电流波形峰值，i2k+1为第2k+1次谐波电流峰值，2m+1为计算时所用最大谐波次数；
步骤d)中，采用MATLAB计算软件对电压波形数据进行平均值分析，得到绕组磁链数值与各次电压平均值的关系式为：
<mrow> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>v</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mn>200</mn> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
式中，Uave为电压波形从过零点开始1/4周期的平均值，一个周期为0.02s，ψmax为该绕组磁链数值；
所述的Uave与电压波形离散点构成的数组UL的关系式为：
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>v</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>J</mi> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mi>J</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
式中，J为采集得到的电压波形数组UL的数组长度。
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