CN106463246B - 用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置 - Google Patents

Abstract

用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置，其中，被传感器线圈（3）缠绕的由铁磁的传感器铁芯（2）形成的传感器（1）被布置在铁芯柱（6）的在冷却槽（5）中的或者在环形空间（21）中的通过绕组宽度（15）预先给定的部分中，使得部分磁通（7）从所述铁芯柱（6）分岔并且被引导经过至少一个非铁磁的缝隙（10），所述环形空间（21）由所述铁芯柱（6）的外周面（4）与被分配的变压器绕组（12）的内周面（22）形成。

Description

用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通（magnetischerGleichfluss）的测量装置，以及一种补偿装置和一种用于补偿的方法。

背景技术

在电力变压器中，如所述电力变压器在能量分配网络中所采用的那样，可能在变压器的铁芯中构造有恒磁通。所述恒磁通的原因可能是功率电子结构部件的直流成分（也被称作“DC成分”），如所述功率电子结构部件例如与电驱动相关地或者与无功功率补偿设施一起被采用的那样。尽管该直流成分大多只是变压器额定电流的千分之几，但是所述直流成分造成了磁化电流的失真，接着所述磁化电流不再具有正弦的形状。因此，在磁铁芯中温度被提高并且绕组的温度也被提高。另一不符合期望的效应是被提高的噪音生成（Geraeuschentwicklung），这尤其是当变压器被安装在居住区附近时被感觉为干扰。但是，所述恒磁通的其它原因也是公知的，例如所谓的“地磁感应电流（GIC（GeomagneticallyInduced Current））”。

为了在变压器中降低所述不符合期望的恒磁通，公知的是补偿装置。所述补偿装置按照描绘恒磁通的特征参量来控制。

为了确定这样的特征参量，在WO 2011/127969中提出一种由传感器线圈缠绕的磁支路部分，所述磁支路部分被布置在变压器的轭（Joch）上或者被布置在未被绕组覆盖的柱区域（Schenkelbereich）上。

现在，存在变压器的如下结构形式，其中在轭中的或在铁芯柱上的可自由到达的部位上的磁通分配（Flussaufteilung）由于在那里充满着的（herrschend）根据饱和状态而改变的复杂的磁通分配而作为测量的位置是不利的。这在变压器中在从约50MVA起向上的功率范围内是这种情况，所述变压器通常情况下被实施为五柱芯式变压器（所谓的3/2铁芯）。

在五柱芯式变压器中，借助于上面所提及的支路部分对恒磁通的检测可能被漏磁通（Streufluss）干扰，使得在对漏磁通的磁屏蔽时和/或在对传感器信号的电子分析时的被提高的花费是必要的。

发明内容

本发明的任务是提供一种方案，利用所述方案，也可以针对大功率的变压器以尽可能简单的方式尽可能无干扰地确定对应于恒磁通的特征参量或通过补偿装置有效地补偿对应于恒磁通的特征参量。

该任务的解决方案通过如下所述的测量装置来实现。根据本发明的用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置，由被传感器线圈缠绕的铁磁的传感器铁芯形成的传感器被布置在铁芯柱的在冷却槽中的或者在环形空间中的通过绕组宽度预先给定的部分中，使得部分磁通从所述铁芯柱分岔并且被引导经过至少一个非铁磁的缝隙，所述环形空间由所述铁芯柱的外周面与变压器绕组的内周面形成，其中所述传感器铁芯具有在纵向上延伸的棱柱的形状，其中在对所述传感器的常规的使用中，所述纵向对准铁芯柱的柱轴的方向，其特征在于传感器铁芯和传感器线圈一起作为插入件被构造在板条形的悬挂设备中，而且所述悬挂设备具有由纤维增强的塑料构成的支承体，其中所述支承体具有细长地延伸的壳状的凹部用于容纳所述传感器。

本发明有利的设计、方面和细节由说明书和随附的附图得出。优选地，所述棱柱的底面是矩形。所述传感器铁芯可以具有比宽度的两倍还大的长度。所述传感器和所述支承体可以形成塑料混合构件，所述塑料混合构件以注塑技术来制造。

本发明从如下考虑出发：将用于检测恒磁通的传感装置布置在变压器的铁芯上，使得漏磁通的干扰影响是微小的并且特征参量尽可能好地描绘该恒磁通。

该问题通过用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置来解决，其中被传感器线圈缠绕的由铁磁的传感器铁芯形成的传感器被布置在铁芯柱的在冷却槽中的或者在环形空间中的通过绕组宽度预先给定的部分中，使得部分磁通从铁芯柱分岔（abzweigen）并且被引导经过至少一个非铁磁的缝隙（Spalt），所述环形空间由铁芯柱的外周面与变压器绕组的内周面形成。

通过该传感器在冷却槽中或者在由铁芯柱的外周面与变压器的被分配的绕组的内周面形成的中间空隙中的所述布置，实现了：由于漏磁通引起的对测量信号的损害即使在以五柱芯结构类型的变压器的情况下也是相对更小的。磁屏蔽是不必要的。对传感器信号的以信号技术的分析是相对简单的。对于磁场探测器在其中对置的接触面（Begrenzungsflaeche）相互平行的冷却槽中的布置，扁平的传感器铁芯显得有利。如果该传感器铁芯具有细长的棱柱（Prisma）的形状，所述棱柱的纵向延伸对准铁芯柱的轴的方向，则可以是有利的。在一优选的构造方案中可以规定：该棱柱具有比棱柱的底面的宽度大的长度。这有利于在通常在柱轴中延伸的冷却槽中的或在铁芯柱与绕组之间的环形空间中的布置。

在此，传感器铁芯的如下横截面似乎是有利的：所述横截面与冷却槽的预先给定的形状或者与在环形空间中例如通过铁芯柱的阶梯横截面预先给定的位置关系适配。棱柱的底面可以是多边形。当流横截面（Stroemungsquerschnitt）具有矩形的形状时，如果传感器铁芯的底面同样是矩形则是有利的。

通常，在铁芯柱中的冷却槽在轴向上延伸，使得对所述传感器的垂直悬挂的布置可以是有利的。因此，在一优选的实施方式中，该传感器借助于棒形的或板条形的（leistenfoermig）悬挂设备来固定。

为了保护传感器线圈免于机械影响（mechanische Einwirkung），如果传感器线圈和传感器铁芯形成壳状的（schalenfoermig）悬挂设备的插入件，那么可以是有利的。在这种半壳中的固定可以通过浇铸材料（Gussmasse）或者粘合剂来实现。

所述板条形的悬挂设备的特别好的刚性可以通过由纤维增强的塑料构成的支承体来实现。在此，有利地，可以使用纤维增强的环氧树脂或者聚酯树脂。当然，也可能使用其它的绝缘材料、例如耐高温的聚酰胺。

在制造成本方面，如果传感器线圈和传感器铁芯形成所谓的塑料混合构件，所述塑料混合构件可利用相对微小的花费以注塑技术来制造，那么可以是有利的。

在开头所提出的任务也通过用于补偿在变压器的铁芯中的恒磁通的补偿装置来解决，其中传感器检测在变压器的至少一个铁芯柱中的恒磁通，其中所述传感器具有被传感器线圈缠绕的、在纵向上延伸的铁磁的传感器铁芯。该传感器被布置在铁芯柱的冷却槽中的或者在环形空间中的通过绕组宽度预先给定的部分中，使得部分磁通从铁芯柱分岔并且被引导经过至少一个非铁磁的缝隙，所述环形空间由铁芯柱的外周面与变压器绕组的内周面形成。

利用这样的补偿装置，即使在大功率的变压器中也可能尽可能无干扰地检测并且有效地减小或补偿在铁芯中的不符合期望的恒磁通。已经处在运行中的五柱芯式变压器可以以简单的方式来改型（nachruesten）。

本发明也涉及一种用于补偿在电力变压器的磁铁芯中的恒磁通的方法，所述方法利用补偿装置，用于检测恒磁通的传感器的信号被引向所述补偿装置，其中所述传感器具有细长地被构造的、被传感器线圈缠绕的铁磁的传感器铁芯，其中所述传感器以其在柱轴方向上的纵向延伸被布置在冷却槽中或者被布置在环形空间中，所述环形空间通过支承绕组的铁芯柱的外周面与被分配的变压器绕组的内周面来限制。

由此，即使在五柱芯式变压器中，噪音小的运行方式也是可能的。另一优点从电绕组的更低的热要求（thermische Beanspruchung）得出，这对于功率变压器的可靠性是有利的。

附图说明

为了进一步解释本发明，在说明书的随后的部分中参考附图，从所述附图中可依据未限制的实施例得知本发明的其它有利的设计、细节和改进。

图1示出了用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的传感器的以在冷却槽（图1a）中或者在柱侧面与绕组内周面之间的环形的中间空隙中的布置来示出的示意图；

图2示出了按照图1的以三面投影并且以空间图示来示出的传感器；

图3 示出了以板条的形状的在其中传感器形成插入件的悬挂设备；

图4 示出了传感器在对称的五柱芯式旋转变压器的柱铁芯的侧面上的布置；

图5 示出了传感器在对称的五柱芯式旋转变压器的柱铁芯的冷却槽中的布置。

具体实施方式

图1示出了用于检测在变压器的铁芯柱6中的恒磁通的传感器1。图1a)示出了如下布置：在所述布置中，传感器1以其在柱轴方向18上的纵向延伸被布置在柱6的冷却槽5中。图1b）示出了另一布置：在所述布置中，传感器1紧贴地（anliegend）被布置在柱6的周面4上的外部。在该布置中，传感器1也以其纵向对准柱轴18的方向。

所述传感器1基本上由铁磁主体、支承传感器线圈3的传感器铁芯2来构成。从几何形状上来看，所述传感器铁芯2是高导磁率的长的、窄的软磁构件，所述软磁构件在其常规的安装位置以其纵向延伸对准柱轴18的方向。在此，细长的传感器铁芯2在两个在图1中所示出的布置中作为磁支路部分起作用：一旦铁芯柱6的软磁材料由于恒磁通和变磁通的叠加而陷入该软磁材料的饱和，该传感器铁芯2就根据“磁旁路”的类型分岔出在柱中被引导的磁通7的部分并且引导所述部分经过至少一个非铁磁的缝隙10重新回到铁芯柱6中（在图1中的虚线）。换句话说，在如下每半个周期中，其中所述柱铁芯6的磁性材料由于（通过由直流电引起的恒磁通引起的或者通过所谓的“GIC”造成的）恒磁通而陷入饱和，所述传感器铁芯2将柱6在支路中的由所述传感器铁芯跨接的区域进行跨接。在传感器线圈3中，是柱主磁通的一小部分的被分岔的变磁通7感应出传感器电压19，所述传感器电压19在以信号技术的分析之后可以被考虑作为用于补偿恒磁通的量度（Mass）。

所述分析例如可以在于：将所述传感器电压19数字化并且借助于带通滤波器将具有两倍的电网频率的信号成分过滤出并且使被过滤出的信号值受到傅立叶变换。紧接着的对在变压器的铁芯中的恒磁通的补偿例如可以通过功率电子装置来实现，所述功率电子装置将补偿电流馈入到被布置在柱上的补偿绕组中，所述补偿电流从它的大小和方向上与要补偿的恒磁通相反。

各种软磁材料都可以考虑作为用于传感器铁芯2的材料。有意义的是：传感器铁芯2在它的磁特性方面具有特性（beschaffen sein），使得当该传感器铁芯2引导从柱中分岔的部分磁通时没有陷入饱和。在对非铁磁的缝隙的相对应的构造的情况下，可以使用如常用于构造变压器的电工钢片（Elektroblech）。

在图1a的布置中，在冷却槽5中从该冷却槽5的两侧分岔部分磁通7；在图1b）的布置中，所述被分岔的部分磁通7从侧面4逸出并且重新进入该侧面4中（虚线）。在图1b的布置中，所述传感器线圈3以其扁平侧紧贴在铁芯柱6的侧面4上。

在两个布置（图1a和图1b）中，所述传感器线圈3由绝缘的铜线构成，使得在冷却槽5中的由线圈3在空间上要求的区域是非铁磁的。

图2以三面视图示出了传感器1的优选的实施方式。该传感器1由以棱柱形式的细长的传感器铁芯2构成。该棱柱的底面是矩形（图2a）。该棱柱的侧面缠绕有由绝缘的铜线构成的电导体。在传感器1的在冷却槽5中或者在围绕铁芯柱6的环形空间21中的常规的布置中，如已经说明的那样，由于被分岔的部分变磁通（Wechsel-Teilfluss）7而在传感器线圈3中感应有传感器电压19。所述传感器电压19的信号被引向补偿装置17（图4或图5），借助于所述补偿装置来抵制不符合期望的恒磁通。

所述传感器1以其纵向延伸悬挂地被布置在柱轴18的方向上。图3示出了用于在冷却槽5中的或者在通过变压器绕组的内周面与铁芯柱6的外周面4形成的中间空隙中的传感器1的悬挂设备13。该悬挂设备13基本上由具有头部件（Kopfteil）的板条形的或棒形的支承体构成。所述头部件阻止了探测器在安装时不经意地滑到冷却槽中。所述支承体从其尺寸上来讲长度比其宽度长得多。根据功率变压器的大小，所述支承体或传感器铁芯2的轴向长度可以是不同的。长度8如此被测量，使得传感器线圈3的在该长度8上被安置的线圈数提供可良好地分析的传感器信号19。这大约在长度18为大约1m或者更长时被实现，其中传感器1的宽度9约为几厘米。在磁场传感器的所述尺寸中，冷却效果在冷却槽5中的布置的情况下少许（wenig）被损害。

悬挂设备13的支承体由电力绝缘器制造、例如由耐高温的并且与变压器的冷却介质兼容的聚合材料制造。该支承体在其纵向延伸中具有壳状的凹部14（图3b，A-A剖面），细长的传感器铁芯2和位于其上的传感器线圈3被嵌入在所述凹部14中。通过所述嵌入很好地保护了传感器线圈3免于机械影响。在以制造技术的观点的情况下，构造为混合件是有利的，其中传感器铁芯和传感器线圈与相对应的衬垫（Abstandshalter）一起被插入到注塑工具中并且利用塑料、例如纤维增强的环氧树脂来压力注塑包封。

在冷却槽5中的垂直的布置的情况下，支承体的厚度20大约对应于冷却槽宽度11。由此，确定了在传感器铁芯与柱6之间的铁磁的缝隙10。相对应的情况在相对应的固定的情况下适用于在柱6的绕组与侧面之间的环形空间21中的布置。为了将悬挂设备13固定在变压器的外壳中，在头部件上设置有用于螺纹拧紧的钻孔。

在图4和图5中示出了传感器1在三相交流变压器（Drehstromtransformator）的对称的五柱芯16中的布置。如已经说明的那样，传感器1悬挂地（图4a）或者被布置在变压器的内置绕组12（例如低压绕组）的内周面22与阶梯式的铁芯柱6的外周面4之间的环形空间21中（图4b），或者被布置在铁芯柱6的冷却槽5中（图5a和图5b）。朝柱轴18的方向看，在两个布置中，传感器1约对称地处在绕组宽度15的中间。

如在图4或图5的附图中所勾画出的那样，传感器信号19被引向补偿装置17，所述补偿装置17补偿在变压器1的铁芯16中的不符合期望的恒磁通，但是这在所述附图中没有进一步被示出。

尽管本发明已经详细地通过优选的实施例进一步被图解说明并且被描述，但是本发明不限于所公开的例子。其它的变型方案可以由本领域技术人员从中推导出来，而不脱离本发明的保护范围。

这样，传感器铁芯1决不限于具有矩形的底面的细长的棱柱的所描绘的形状，而是可以根据冷却槽的几何形状或可支配的在铁芯柱与变压器绕组的内周面之间的中间空隙的几何形状而具有相对应地不一样地来构建的横截面。

传感器铁芯的长度也可以比所示出的长，例如与整个绕组宽度一样长。

在一成本有利的实施方案中，可以将电工钢片用于传感器铁芯，如该电工钢片通常也被用于变压器的铁芯那样。

传感器铁芯可以由一块电工钢片或者由多个薄片（Lamelle）构成。当然，也可以使用其它高导磁的材料。

借助于本发明，可能的是：在具有几MVA的额定功率的、通常以五柱芯结构类型来构造的变压器中也可以可靠地检测恒磁通或利用适当的补偿装置高效地补偿恒磁通。

由于对恒磁通的有效的补偿，发热是更微小的，这有利于绕组的绝缘材料的使用寿命。

应注意到另一个重要的优点在于：有效地减小了功率变压器的运行噪音。

传感器的制造是简单的并且满足了在功率变压器中所要求的在可靠性和耐久性方面的要求。制造成本是微小的。

所述测量装置也可以被用于监控。

另一优点是对现有的功率变压器的简单的改型、改装以及现代化。

所使用的附图标记的汇总

1 传感器

2 传感器铁芯

3 传感器线圈

4 外周面

5 冷却槽

6 铁芯柱

7 部分磁通

8 传感器长度

9 传感器宽度

10 缝隙

11 冷却槽宽度

12 绕组

13 悬挂设备

14 凹部

15 绕组宽度

16 铁芯

17 补偿装置

18 柱轴

19 传感器信号

20 悬挂设备的支承体的厚度

21 环形空间

22 内周面

Claims (4)

1.用于检测在变压器的铁芯中的恒磁通的测量装置，其中，由被传感器线圈（3）缠绕的铁磁的传感器铁芯（2）形成的传感器（1）被布置在铁芯柱（6）的在冷却槽（5）中的或者在环形空间（21）中的通过绕组宽度（15）预先给定的部分中，使得部分磁通（7）从所述铁芯柱（6）分岔并且被引导经过至少一个非铁磁的缝隙（10），所述环形空间（21）由所述铁芯柱（6）的外周面（4）与变压器绕组（12）的内周面（22）形成，

其中，所述传感器铁芯（2）具有在纵向上延伸的棱柱的形状，其中在对所述传感器（1）的常规的使用中，所述纵向对准铁芯柱（6）的柱轴（18）的方向，

其特征在于：

传感器铁芯（2）和传感器线圈（3）一起作为插入件被构造在板条形的悬挂设备（13）中，而且

所述悬挂设备（13）具有由纤维增强的塑料构成的支承体，其中所述支承体具有细长地延伸的壳状的凹部（14）用于容纳所述传感器（1）。

2.按照权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述棱柱的底面是矩形。

3.按照权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述传感器铁芯具有比宽度（9）的两倍还大的长度（8）。

4.按照权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述传感器（1）和所述支承体形成塑料混合构件，所述塑料混合构件以注塑技术来制造。