CN108107384A - 750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法 - Google Patents
750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，模拟变压器存在剩磁的状态，通过稳态磁通和暂态磁通在不同合闸状态下所产生的涌流，计算变压器存在剩磁量，达到精准消磁的目的。本发明的计算方法，包含如下步骤：步骤Ⅰ：模拟变压器原变绕组输入电压，造成变压器铁芯饱和，从而计算电压在原边产生的磁通；步骤Ⅱ：在原边加压过程中由于二次侧开路，一次侧电流是激磁电流；变压器空载合闸以后，在激磁电流的作用下，铁心内产生激磁磁通φ1；步骤Ⅲ：对于已经投入运行的750kV自耦变压器，其铁心饱和磁通是一个定值，因此通过不同合闸角的变压器在饱和电流时的激磁f(is)的表达式。
Description
技术领域
本发明涉及一种剩磁量计算方法，具体用于750kV自耦变压器直阻试验后的剩磁量计算。
背景技术
750kV这一电压等级的变电站主要应用于我国的西北部地区。以新疆为例，目前在运750kV变电站有17座，承担幅员广阔的省内送电任务的同时还承担西电东输的重要任务。每一次停电检修任务进行时，应避免人为因素造成的电网故障。由于未进行变压器消磁工作或者消磁未进行彻底的案例层出不穷，铁芯剩磁的影响占了很大比例，尤其是在电力变压器的空载合闸中，铁芯中剩磁的大小，对激励点及合闸策略有较大影响。因此有必要分析变压器的剩磁效应，以及它对暂态过程的影响，建立一个较合理的模型，计算出变压器内剩余磁量。
而变压器剩磁问题较为复杂，通常情况下难以测量出准确的剩余磁通，目前没有一种准确的计算和校核方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，模拟变压器存在剩磁的状态，通过稳态磁通和暂态磁通在不同合闸状态下所产生的涌流，计算变压器存在剩磁量，达到精准消磁的目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，包含如下步骤：
步骤Ⅰ：模拟变压器原变绕组输入电压，造成变压器铁芯饱和，从而计算电压在原边产生的磁通；
通过750k V单相自耦变压器来分析变压器铁芯饱和,产生励磁涌流的机理过程；
U1为输入电压,U1＝Umcos(ωt+α),则空载时的原边电压为：
式(1)中：Um为输入电压的幅值；R为原边绕组的电阻；i1为流过原边绕组的电流；N1为原边绕组的匝数；φ为总磁通；
由于原边电阻值极小，在计算过程中可以忽略；则式(1)为：
求解微分方程式(2)得总磁通φ的表达式为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsin α (3)
式(3)中，φmaxsin(ωt+α)为稳态磁通；φmaxsinα为暂态磁通，即偏磁；在剩磁的作用下，合闸时刻的磁通为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsin α+φres(t) (4)
当总磁通等于饱和磁通时，合闸电流即为饱和电流is；当大于时，磁路饱和；随磁通的进一步变大，变压器励磁电感会急剧变小，出现过电流；
步骤II：在原边加压过程中由于二次侧开路，一次侧电流是激磁电流；变压器空载合闸以后，在激磁电流的作用下，铁心内产生激磁磁通φ1；所以为了计算合闸瞬间总电流，先算出铁心内产生激磁磁通φ1；φ1的大小随时间变化，并与激磁电流i值有关：
φ1＝f(i) (5)
式中，f(i)为变压器的激磁；其中，激磁电流i与合闸角α相关；在铁心饱和之前，φ1与i呈线性关系；当铁心饱和之后，φ1与i呈非线性关系；
总磁通为剩磁与激磁之和：
φ＝φres(i，t)+f(i) (6)
在铁心磁路饱和瞬间：
φsat＝φres(is(α))+f(is) (7)
步骤III：对于已经投入运行的750kV自耦变压器，其铁心饱和磁通是一个定值，因此通过不同合闸角的变压器在饱和电流时的激磁f(is)的表达式，即可根据合闸角和该合闸角下的铁心饱和电流is求出剩磁或者根据剩磁和合闸角求出饱和电流值；
假设在去磁阶段，饱和电流和合闸角值的经验公式为：
is1＝g1(α)+g2(φres)+I0 (8)
式中，
根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁大小为：
式中：is为变压器的饱和电流；I0为无剩磁且在中心角合闸时变压器的饱和电流；f1(α)为α的二次函数；A1(α)为α的线性一次函数；m、n为变压器特性参数；
在助磁阶段：
其中：f2(α)为α的二次函数；g(φres)为剩磁φres的函数，并假设
g(φres)＝tφres 2+sφres+c1
助磁阶段内根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁的实用估算公式：
其中，当变压器已知时s和t为常数；A2(α)为α的线性一次函数；c为常数；
在确定了合闸角后，如果已知变压器在该合闸角合闸后的饱和电流大小，则可求出变压器铁心在合闸前瞬间的剩磁大小。
上述计算方法中，合闸初始电流产生的磁通与剩磁极性相反，而相消的现象，为去磁；合闸初始电流产生的磁通与剩磁的极性相同，则激磁磁通与剩磁大小相叠加，为助磁。
本发明还公开了750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量消磁方法，包含如下步骤：
S1：对750kV自耦变压器进行直阻试验；
S2：采用任一上述的计算方法计算出步骤S1之后的剩磁量；
S3：根据步骤S2得到的剩磁量精准定量消磁。
本发明有益效果是：
本发明的剩磁量计算方法是在750kV自耦变压器存在剩磁时关于剩磁量的计算方法，用以变压器剩余磁量的计算，达到精准消磁的目的，本发明公开的计算方法是模拟变压器存在剩磁的状态，通过稳态磁通和暂态磁通在不同合闸状态下所产生的涌流，计算变压器存在剩磁量。具体的，本发明的计算方法包括对750kV自耦变压器进行模拟，分析产生励磁涌流的机理过程；通过分析饱和电流与剩磁及合闸角的关系，对剩磁量进行分析；当变压器存在剩磁一定时，根据本发明得知，不同合闸角一次绕组的涌流值存在差异；根据本发明得知即使剩磁量很小，但在一定合闸角度下将会造成很大的励磁涌流，故消磁工作应定量可靠消除而不是盲目消除。
附图说明
图1为750kV自耦变压器线圈。
附图标记说明：
U1为变压器一次侧，其匝数为N1；U2为变压器二次侧，其匝数为N2。此时铁芯中总磁量为φ。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
如图1所示，其示出了本发明的具体实施方式，如图1所示，本发明公开的750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，包含如下步骤：
步骤I：模拟变压器原变绕组输入电压，造成变压器铁芯饱和，从而计算电压在原边产生的磁通；
以750k V单相自耦变压器(图1)来分析变压器铁芯饱和，产生励磁涌流的机理过程；
U1为输入电压，U1＝Umcos(ωt+α)，则空载时的原边电压为：
式中：Um为输入电压的幅值；R为原边绕组的电阻；i1为流过原边绕组的电流；N1为原边绕组的匝数；φ为总磁通；
由于原边电阻值极小，在计算过程中可以忽略；则式(1)为：
求解微分方程式(2)得总磁通φ的表达式为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsinα (3)
式中，φmaxsin(ωt+α)为稳态磁通；φmaxsin α为暂态磁通，即偏磁；在剩磁的作用下，合闸时刻的磁通为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsin α+φres(t) (4)
当总磁通等于饱和磁通时，其电流即为饱和电流is；当大于时，磁路饱和；随磁通的进一步变大，变压器励磁电感会急剧变小，出现过电流；
步骤II：在原边加压过程中由于二次侧开路，一次侧电流是激磁电流；变压器空载合闸以后，在激磁电流的作用下，铁心内产生激磁磁通φ1；所以为了计算合闸瞬间总电流，先算出铁心内产生激磁磁通φ1；φ1的大小随时间变化，并与激磁电流i值有关：
φ1＝f(i) (5)
式中，f(i)为变压器的激磁；其中，激磁电流i与合闸角α相关；在铁心饱和之前，φ1与i呈线性关系；当铁心饱和之后，φ1与i呈非线性关系；
总磁通为剩磁与激磁之和：
φ＝φres(i，t)+f(i) (6)
合闸初始电流产生的磁通与剩磁极性相反，而相消的现象，称为去磁；与剩磁的极性相同，则激磁磁通与剩磁大小相叠加，称为助磁；
在铁心磁路饱和瞬间：
φsat＝φres(is(α))+f(is) (7)
步骤III：对于该变压器(成品750kV自耦变压器)，其铁心饱和磁通是一个定值，因此通过不同合闸角的变压器在饱和电流时的激磁f(is)的表达式，即可根据合闸角和该合闸角下的铁心饱和电流is求出剩磁或者根据剩磁和合闸角求出饱和电流值。
饱和电流与剩磁及合闸角之间具有如下关系：
a、剩磁一定时，在输入电压过零时合闸变压器铁心饱和电流is最大。
b、同一剩磁时，去磁阶段不同合闸角对应的饱和电流值与去磁中心角α1(该模型中去磁中心角为90°)呈抛物线型对称，但饱和电流与I01的差值随|α-α1|的增大而呈指数减小；在助磁阶段不同合闸角对应的饱和电流值与助磁中心角α2(该模型中助磁中心角为270°)呈抛物线型对称，但饱和电流与中心角α2合闸时饱和电流I02的差值随|α-α2|的增大而呈指数减小。
c、同一合闸角时，若剩磁增大则在去磁阶段饱和电流值呈一阶阶跃响应趋势增大，并趋于某一个定值；在助磁阶段，饱和电流值关于剩磁呈二次函数趋势减小。
假设在去磁阶段，饱和电流和合闸角值的经验公式为：
is1＝g1(α)+g2(φres)+I0 (8)
式中，
根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁大小为：
式中：is为变压器的饱和电流；I0为无剩磁且在中心角合闸时变压器的饱和电流；f1(α)为α的二次函数；A1(α)为α的线性一次函数；m、n为变压器特性参数；
在助磁阶段：
其中：f2(α)为α的二次函数；g(φres)为剩磁φres的函数，并假设
g(φres)＝tφres ２+sφres+c1
助磁阶段内根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁的实用估算公式：
其中,当变压器已知时s和t为常数；A2(α)为α的线性一次函数；c为常数；
在确定了合闸角后,如果已知变压器在该合闸角合闸后的饱和电流大小,则可近似求出变压器铁心在合闸前瞬间的剩磁大小。
综上，本发明公开的一种750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，包括对750kV自耦变压器进行模拟，分析产生励磁涌流的机理过程；通过分析饱和电流与剩磁及合闸角的关系，对剩磁量进行分析；当变压器存在剩磁一定时，根据本发明得知，不同合闸角一次绕组的涌流值存在差异；根据本发明得知即使剩磁量很小，但在一定合闸角度下将会造成很大的励磁涌流，故消磁工作应定量可靠消除而不是盲目消除。
因此基于本发明的剩磁消除方法，包含上述剩磁量计算方法，且包含在上述剩磁量计算方法后定量消磁的步骤。具体实施例如下：
750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量消磁方法，包含如下步骤：
S1：对750kV自耦变压器进行直阻试验；
S2：采用任一上述的计算方法计算出步骤S1之后的剩磁量；
S3：根据步骤S2得到的剩磁量精准定量消磁。
直阻试验后必然会存在剩磁，在存在剩磁的情况下计算剩磁量，计算出剩磁量后进行精准定量消磁，起到了精准消磁的目的，保障了设备运行安全和可靠性。
本发明的计算方法的技术方案设计过程中。一是考虑到自耦变压器饱和的特性，二是通过饱和电流与剩磁及合闸角之间的关系进行分析，进而计算出剩磁。本发明为计算出750kV自耦变压器存在剩磁时剩磁量提供了具体的计算方法和校验方法，并确保了工程的可用性，为750kV检修工作中的消磁部分提供了的依据，保证了消磁工作的可靠性，为超高压输电的稳定性提供了有力的保障。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (3)
1.750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，包含如下步骤：
步骤I：模拟变压器原变绕组输入电压，造成变压器铁芯饱和，从而计算电压在原边产生的磁通；
通过750k V单相自耦变压器来分析变压器铁芯饱和，产生励磁涌流的机理过程；
U1为输入电压，U1＝Umcos(ωt+α)，则空载时的原边电压为：
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</mrow>
式(1)中：Um为输入电压的幅值；R为原边绕组的电阻；i1为流过原边绕组的电流；N1为原边绕组的匝数；φ为总磁通；
由于原边电阻值极小，在计算过程中可以忽略；则式(1)为：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mi>cos</mi>
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</mrow>
</mrow>
求解微分方程式(2)得总磁通φ的表达式为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsin α (3)
式(3)中，φmaxsin(ωt+α)为稳态磁通；φmaxsinα为暂态磁通，即偏磁；在剩磁的作用下，合闸时刻的磁通为：
φ＝φmaxsin(ωt+α)-φmaxsin α+φres(t) (4)
当总磁通等于饱和磁通时，合闸电流即为饱和电流is；当大于时，磁路饱和；随磁通的进一步变大，变压器励磁电感会急剧变小，出现过电流；
步骤II：在原边加压过程中由于二次侧开路，一次侧电流是激磁电流；变压器空载合闸以后，在激磁电流的作用下，铁心内产生激磁磁通φ1；所以为了计算合闸瞬间总电流，先算出铁心内产生激磁磁通φ1；φ1的大小随时间变化，并与激磁电流i值有关：
φ1＝f(i) (5)
式中，f(i)为变压器的激磁；其中，激磁电流i与合闸角α相关；在铁心饱和之前，φ1与i呈线性关系；当铁心饱和之后，φ1与i呈非线性关系；
总磁通为剩磁与激磁之和：
φ＝φres(i，t)+f(i) (6)
在铁心磁路饱和瞬间：
φsat＝φres(is(α))+f(is) (7)
步骤III：对于已经投入运行的750kV自耦变压器，其铁心饱和磁通是一个定值，因此通过不同合闸角的变压器在饱和电流时的激磁f(is)的表达式，即可根据合闸角和该合闸角下的铁心饱和电流is求出剩磁或者根据剩磁和合闸角求出饱和电流值；
假设在去磁阶段，饱和电流和合闸角值的经验公式为：
is1＝g1(α)+g2(φres)+I0 (8)
式中,
根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁大小为：
<mrow>
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式中:is为变压器的饱和电流；I0为无剩磁且在中心角合闸时变压器的饱和电流；f1(α)为α的二次函数；A1(α)为α的线性一次函数；m、n为变压器特性参数；
在助磁阶段:
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其中:f2(α)为α的二次函数；g(φres)为剩磁φres的函数,并假设g(φres)＝tφres 2+sφres+c1
助磁阶段内根据饱和电流和合闸角可求出初始剩磁的实用估算公式:
<mrow>
<msub>
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其中,当变压器已知时s和t为常数；A2(α)为α的线性一次函数；c为常数；
在确定了合闸角后,如果已知变压器在该合闸角合闸后的饱和电流大小,则可求出变压器铁心在合闸前瞬间的剩磁大小。
2.如权利要求1所述的750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量计算方法，其特征在于：合闸初始电流产生的磁通与剩磁极性相反，而相消的现象，为去磁；合闸初始电流产生的磁通与剩磁的极性相同，则激磁磁通与剩磁大小相叠加，为助磁。
3.750kV自耦变压器直阻试验后剩磁量消磁方法，包含如下步骤：
S1：对750kV自耦变压器进行直阻试验；
S2：采用如权利要求1～2任一所述的计算方法计算出步骤S1之后的剩磁量；
S3：根据步骤S2得到的剩磁量精准定量消磁。
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| CN112068050A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-11 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种变压器剩磁量化评估与消除方法 |
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