CN110889230A - 基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统。该方法包括：确定等效缩比模型的铁芯有效面积，确定等效缩比模型的绕组匝数；计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径；确定串联绕组电阻、公共绕组电阻和低压侧绕组电阻；计算负载运行时线圈电阻的电压；将变压器绕组两侧电压与负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压；更新等效缩比模型的绕组匝数，生成特高压变压器的等效缩比模型；根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流‑磁场强度‑直流偏置电流之间的对应关系。采用本发明的方法及系统，能够节约大量时间和实验费用。

Description

基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统

技术领域

本发明涉及特高压输电技术领域，特别是涉及一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统。

背景技术

为了适应电力需求的快速增长，发展特高压输电是电力工业发展到一定阶段的必然要求。特高压变压器是特高压输电系统的关键设备之一，它的安全稳定运行对特高压输电系统至关重要。在特高压输电系统运行中，特高压变压器出现了一些问题，究其原因，直流偏磁是其重要原因之一，在交流系统中的变压器中侵入直流，其铁芯被直流磁化，并发生饱和，由此产生的直流偏磁问题对变压器造成了不利的影响，特高压变压器较普通变压器的绕组匝数更多、电阻更小，不饱和时铁芯磁导率更高，其直流偏磁特性计算具有一定的挑战性，然而由于特高压变压器的特殊性，针对特高压变压器的研究主要是以仿真计算为主，很少有相关实验验证，仿真时间长、实验费用高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统，通过建立一种基于电压分离法的等效特高压变压器的缩比模型来进行测试，能够节约大量时间和实验费用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，包括：

获取所述特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；所述铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数；

根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积；

根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数；所述绕组匝数包括所述等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数；

根据所述铁芯直径和所述线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径；

根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻；

根据所述串联绕组电阻、所述公共绕组电阻和所述低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压；

将所述变压器绕组两侧电压与所述负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压；

根据所述铁芯有效面积和所述更新后的变压器绕组两侧电压更新所述等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数；

判断所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数与所述等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，根据所述更新后的变压器绕组两侧电压和所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型；若大于或等于1，返回步骤“根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻”；

根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

可选的，所述根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积，具体包括：

根据如下公式确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

可选的，所述根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数，具体包括：

根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积；

根据所述高压侧绕组匝数确定所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数；所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数之和等于所述高压侧绕组匝数；

根据高压侧与低压侧匝数比以及所述高压侧绕组匝数确定所述低压侧绕组匝数。

可选的，

所述根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数；

所述根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数；

根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。

本发明还提供一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，包括：

参数获取模块，用于获取所述特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；所述铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数；

等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块，用于根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积；

绕组匝数确定模块，用于根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数；所述绕组匝数包括所述等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数；

绕组圆环半径确定模块，用于根据所述铁芯直径和所述线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径；

绕组电阻确定模块，用于根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻；

负载运行时线圈电阻的电压计算模块，用于根据所述串联绕组电阻、所述公共绕组电阻和所述低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压；

变压器绕组两侧电压更新模块，用于将所述变压器绕组两侧电压与所述负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压；

绕组匝数更新模块，用于根据所述铁芯有效面积和所述更新后的变压器绕组两侧电压更新所述等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数；

判断模块，用于判断所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数与所述等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，将指令发送至特高压变压器的等效缩比模型生成模块；若大于或等于1，将指令发送至所述绕组电阻确定模块；

特高压变压器的等效缩比模型生成模块，用于根据所述更新后的变压器绕组两侧电压和所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型；

等效直流偏磁试验模块，用于根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

可选的，所述等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块，具体包括：

等效缩比模型的铁芯有效面积确定单元，用于根据如下公式确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

可选的，所述绕组匝数确定模块，具体包括：

高压侧绕组匝数确定单元，用于根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积；

串联绕组匝数和公共绕组匝数确定单元，用于根据所述高压侧绕组匝数确定所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数；所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数之和等于所述高压侧绕组匝数；

低压侧绕组匝数确定单元，用于根据高压侧与低压侧匝数比以及所述高压侧绕组匝数确定所述低压侧绕组匝数。

可选的，绕组电阻确定模块，具体包括：

串联绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数；

公共绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数；

低压侧绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统，通过建立与特高压变压器具备相同铁芯结构、绕组匝数关系、绕组连接方式的低电压等级小容量变压器模型，通过分离负载运行时线圈电阻的电压，从而解决了特高压变压器大电感小电阻这样的特殊特征所带来的瞬态时间过长、直流分量易被交流分量淹没的难点，具备等效特高压变压器直流偏磁的能力，本发明通过建立一种基于电压分离法的等效特高压变压器的缩比模型来进行测试，大大提高了特高压变压器直流偏磁研究的准确度和快速性，节约了实验费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法流程图；

图2为本发明实施例中特高压变压器1/8磁路模型示意图；

图3为本发明实施例中特高压变压器电路模型示意图；

图4为本发明实施例中电气接线图；

图5为本发明实施例中缩比模型电路图；

图6为本发明实施例中直流偏置电流-磁场强度曲线图；

图7为本发明实施例中基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统，通过建立一种基于电压分离法的等效特高压变压器的缩比模型来进行测试，能够节约大量时间和实验费用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

图1为本发明实施例中基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法流程图，如图1所示，本实施例提供了一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，包括：

步骤101：获取特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数。

按照特高压变压器实际尺寸、磁密、电压、电流、容量的相互关系，如图2和3所示，图2为本发明实施例中特高压变压器1/8磁路模型示意图，图3为本发明实施例中特高压变压器电路模型示意图，设计缩比模型尺寸，并设计相应的磁密、电压、电流、容量关系。图3中的参数为特高压变压器的真实参数，U_m为交流电压源，U_dc为加入的直流电压源，L₁,L₂,L₃,M₁₂,M₂₃,M₁₃分别代表串联绕组、公共绕组和低压绕组的动态自感以及彼此间的动态互感；串联绕组与公共绕组形成高压绕组，公共绕组形成中压绕组。r₁,r₂,r₃分别代表串联绕组、公共绕组和低压绕组的特高压变压器实际电阻，Z_L2和Z_L3分别为中压侧和低压侧的负载电抗，i₁，i₂，i₃分别为高压侧、中压侧和低压侧绕组电流，u₂，u₃分别为中压侧和低压侧绕组电压，u表示加入串联电阻R之后的电压。

(1)铁芯直径选择

利用经验公式

式中，D为铁芯直径，K_D铁芯直径经验系数，对于单相自耦变压器取51～55，折中取53；S_z为变压器的每柱容量，取5KVA。计算可得D＝79.25mm，取为80mm。

(2)铁芯空间填充系数K_sf(Space Factor)

根据不同的铁芯级数(多少片叠压)，铁芯空间填充系数为0.637～0.969；根据具体叠压水平确定。

(3)铁芯叠片系数K_fd

根据不同工艺水平铁芯叠片系数为0.93～0.975；本发明变压器为4级叠片，取0.96。

步骤102：根据铁芯参数确定等效缩比模型的铁芯有效面积。

步骤102，具体包括：

根据如下公式确定等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

步骤103：根据铁芯有效面积和变压器绕组两侧电压确定等效缩比模型的绕组匝数；绕组匝数包括等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数。

步骤103，具体包括：

根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积。

根据高压侧绕组匝数确定串联绕组匝数和公共绕组匝数；串联绕组匝数和公共绕组匝数之和等于高压侧绕组匝数。串联绕组匝数和公共绕组匝数比例为1：1。

根据高压侧与低压侧匝数比以及高压侧绕组匝数确定低压侧绕组匝数。

当变压器绕组接上电压后，绕组上感应的电动势由

所得，E表示感应电动势，ω表示角频率，Φ_m表示主磁通，当变压器空载运行时，励磁电流很小不会超过额定电流的10％，再加上漏抗较小，产生的压降也很小，可以近似认为外接电源电压近似等于绕组上所感应的电动势，本发明中，外接电源电压U为实验室供品电压，频率f为50Hz工频，铁芯运行所在膝点磁密值B_m为1.65T，令运行在饱和点，从而与特高压变压器磁密运行位置保持一致，铁芯横截面积S_fe已计算得到。在空载情况，绕组电流很小，因此产生的漏电抗几乎可以忽略，因此绕组两侧的电压约等于绕组上产生的电动势。因此，高压侧的匝数N经计算为120匝。根据特高压变压器高压侧绕组：中压侧绕组：低压侧绕组匝数比为：6：3：1，即，串联绕组与公共绕组各60匝(二者串联组成高压侧绕组120匝)，低压绕组由匝数比得为20匝。

步骤104：根据铁芯直径和线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径。

根据缩比模型窗口高度计算每层线圈的匝数与总层数，其中铁芯窗高130mm上下各留10mm，根据线径为1.6mm，可以计算铁芯一圈最多可绕匝数为110/1.6＝68.75，为68匝。由图4电气接线图可知(LV表示低压绕组，CV表示公共绕组，SV表示串联绕组，A和Am表示两个端口，Ⅰ柱和Ⅱ柱分别代表1号主柱和2号主柱)，特高压变压器线圈对称地绕在两根主柱上，每根柱子之间并联连接，其中，单柱上为两个串联绕组并联，公共绕组和低压绕组均为1个。由靠近铁芯向外一次绕低压，公共，串联绕组。其中，铁芯外接圆半径为40mm，低压绕组20匝，绕第一圈，其中线径1.6mm，绝缘纸厚0.55mm，低压绕组圆环半径为40.00-42.15mm；公共绕组60匝，分布在第二圈，其中公共绕组圆环半径为42.15-44.25mm；串联绕组为两绕组并联，每个绕组30匝，共同绕在第三圈,其圆环半径为44.25-46.35mm，由此算的各铜线绕组长度的平均半径分别为41.08、43.25、45.35mm。

步骤105：根据串联绕组圆环半径和等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据公共绕组圆环半径和等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据低压侧绕组圆环半径和等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻。

根据串联绕组圆环半径和等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数。ρ₁取值为1.724e^-8，计算得到R₁为0.4397欧姆。

根据公共绕组圆环半径和等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数。ρ₂取值为1.724e^-8，计算得到R₂为0.4192欧姆。

根据低压侧绕组圆环半径和等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。ρ₃取值为1.724e^-8，计算得到R₃为0.1337。

步骤106：根据串联绕组电阻、公共绕组电阻和低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压。

步骤107：将变压器绕组两侧电压与负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压。

步骤108：根据铁芯有效面积和更新后的变压器绕组两侧电压更新等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数。

步骤109：判断更新后的等效缩比模型的绕组匝数与等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，执行步骤110；若大于或等于1，执行步骤105。

步骤110：根据更新后的变压器绕组两侧电压和更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型。

更新后的等效缩比模型的绕组匝数与等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1时求得的变压器绕组两侧电压为等效特高压变压器等效模型的额定运行电压，如图5所示，图5为缩比模型电路图，图5中的变量含义与图3中的变量含义区别在于，图3中的变量含义是针对特高压变压器等效模型的变量含义，而图5中的变量含义是针对缩比模型的变量含义，等效特高压变压器等效模型的额定运行电压为u’，r’＝R₁+R₂+R₃。。

步骤111：根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

为了验证特高压变压器等效模型的准确性，建立设计变压器缩比模型与特高压变压器直流偏磁电流的等效关系，根据下式计算磁场强度：

式中，H为磁场强度，I为励磁电流，N为绕组匝数，l为铁芯磁路长度,其中的角标UHV和5kVA分别代表特高压变压器和设计的5KVA变压器相应的电气量。

通过磁场强度建立特高压变压器与设计变压器励磁电流之间的饱和程度关联，建立磁场强度与励磁电流的关系，基于场路耦合有限元模型，采用矢量磁位A，根据Maxwell得到非线性磁场方程为：

式中，μ为磁导率，J为励磁电流密度，▽为求解偏微分方程时的拉不拉算子。

动态电感元件所在回路中的电路微分方程为

式中，u为电压向量，R为串联电阻，r为特高压变压器的实际电阻，i为绕组电流矢量，L_D为等效动态电感，u_L为电感L两端电压，u_R为串联电阻R两端电压。

时域场路耦合模型将非线性磁场有限元求解与时域电路计算进行迭代耦合，步骤如下：

(1)输入变压器磁场模型线圈电流i_k，基于棱边有限元法计算磁场，并通过能量扰动原理计算动态电感L。

(2)将L带入电路模型的微分方程，使用四阶龙格库塔法计算i_k+1。

(3)将i_k+1作为新的输入电流，进行下一时刻的磁场求解。

(4)当励磁电流与上一周期相同时刻电流值的变化率小于千分之一，认为电流已达到稳态，迭代终止。

求出励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系，如图6所示，图6为直流偏置电流-磁场强度曲线图。从图6中可以明显看出，缩比模型和特高压变压器在相同的磁场强度下，两者对应的直流偏置电流的变化趋势一致，以在10000的磁场强度为例，特高压变压器的直流偏置电流为25.4585A，本发明的变压器为2.2468A。从而可以证明该模型能有效地验证特高压变压器直流偏磁计算。

图7为本发明实施例中基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统结构图，如图7所示，本实施例提供了一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，包括：

参数获取模块201，用于获取特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数。

等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块202，用于根据铁芯参数确定等效缩比模型的铁芯有效面积。

等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块202，具体包括：

等效缩比模型的铁芯有效面积确定单元，用于根据如下公式确定等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

绕组匝数确定模块203，用于根据铁芯有效面积和变压器绕组两侧电压确定等效缩比模型的绕组匝数；绕组匝数包括等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数。

绕组匝数确定模块203，具体包括：

高压侧绕组匝数确定单元，用于根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积。

串联绕组匝数和公共绕组匝数确定单元，用于根据高压侧绕组匝数确定串联绕组匝数和公共绕组匝数；串联绕组匝数和公共绕组匝数之和等于高压侧绕组匝数。

低压侧绕组匝数确定单元，用于根据高压侧与低压侧匝数比以及高压侧绕组匝数确定低压侧绕组匝数。

绕组圆环半径确定模块204，用于根据铁芯直径和线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径。

绕组电阻确定模块205，用于根据串联绕组圆环半径和等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据公共绕组圆环半径和等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据低压侧绕组圆环半径和等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻。

绕组电阻确定模块205，具体包括：

串联绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数。

公共绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数。

低压侧绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。

负载运行时线圈电阻的电压计算模块206，用于根据串联绕组电阻、公共绕组电阻和低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压。

变压器绕组两侧电压更新模块207，用于将变压器绕组两侧电压与负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压。

绕组匝数更新模块208，用于根据铁芯有效面积和更新后的变压器绕组两侧电压更新等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数。

判断模块209，用于判断更新后的等效缩比模型的绕组匝数与等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，将指令发送至特高压变压器的等效缩比模型生成模块；若大于或等于1，将指令发送至绕组电阻确定模块。

特高压变压器的等效缩比模型生成模块210，用于根据更新后的变压器绕组两侧电压和更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型。

等效直流偏磁试验模块211，用于根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，包括：

获取所述特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；所述铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数；

根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积；

根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数；所述绕组匝数包括所述等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数；

根据所述铁芯直径和所述线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径；

根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻；

根据所述串联绕组电阻、所述公共绕组电阻和所述低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压；

将所述变压器绕组两侧电压与所述负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压；

根据所述铁芯有效面积和所述更新后的变压器绕组两侧电压更新所述等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数；

判断所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数与所述等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，根据所述更新后的变压器绕组两侧电压和所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型；若大于或等于1，返回步骤“根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻”；

根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

2.根据权利要求1所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，所述根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积，具体包括：

根据如下公式确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

3.根据权利要求1所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，所述根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数，具体包括：

根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积；

根据所述高压侧绕组匝数确定所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数；所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数之和等于所述高压侧绕组匝数；

根据高压侧与低压侧匝数比以及所述高压侧绕组匝数确定所述低压侧绕组匝数。

4.根据权利要求1所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验方法，其特征在于，

所述根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数；

所述根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数；

根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻，具体包括：

根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。

5.一种基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取所述特高压变压器的等效缩比模型的铁芯参数、线圈线径和变压器绕组两侧电压；所述铁芯参数包括铁芯直径、铁芯空间填充系数和铁芯叠片系数；

等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块，用于根据所述铁芯参数确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积；

绕组匝数确定模块，用于根据所述铁芯有效面积和所述变压器绕组两侧电压确定所述等效缩比模型的绕组匝数；所述绕组匝数包括所述等效缩比模型的串联绕组匝数、公共绕组匝数以及低压侧绕组匝数；

绕组圆环半径确定模块，用于根据所述铁芯直径和所述线圈线径分别计算串联绕组圆环半径、公共绕组圆环半径和低压侧绕组圆环半径；

绕组电阻确定模块，用于根据所述串联绕组圆环半径和所述等效缩比模型的串联绕组匝数确定串联绕组电阻；根据所述公共绕组圆环半径和所述等效缩比模型的公共绕组匝数确定公共绕组电阻；根据所述低压侧绕组圆环半径和所述等效缩比模型的低压侧绕组匝数确定低压侧绕组电阻；

负载运行时线圈电阻的电压计算模块，用于根据所述串联绕组电阻、所述公共绕组电阻和所述低压侧绕组电阻计算负载运行时线圈电阻的电压；

变压器绕组两侧电压更新模块，用于将所述变压器绕组两侧电压与所述负载运行时线圈电阻的电压做差，得到更新后的变压器绕组两侧电压；

绕组匝数更新模块，用于根据所述铁芯有效面积和所述更新后的变压器绕组两侧电压更新所述等效缩比模型的绕组匝数，得到更新后的等效缩比模型的绕组匝数；

判断模块，用于判断所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数与所述等效缩比模型的绕组匝数的差值是否小于1；若小于1，将指令发送至特高压变压器的等效缩比模型生成模块；若大于或等于1，将指令发送至所述绕组电阻确定模块；

特高压变压器的等效缩比模型生成模块，用于根据所述更新后的变压器绕组两侧电压和所述更新后的等效缩比模型的绕组匝数生成特高压变压器的等效缩比模型；

等效直流偏磁试验模块，用于根据生成的特高压变压器的等效缩比模型进行特高压变压器的等效直流偏磁试验，得到励磁电流-磁场强度-直流偏置电流之间的对应关系。

6.根据权利要求5所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，其特征在于，所述等效缩比模型的铁芯有效面积确定模块，具体包括：

等效缩比模型的铁芯有效面积确定单元，用于根据如下公式确定所述等效缩比模型的铁芯有效面积：

式中，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积，D表示铁芯直径，K_sf表示铁芯空间填充系数，K_fd表示铁芯叠片系数。

7.根据权利要求5所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，其特征在于，所述绕组匝数确定模块，具体包括：

高压侧绕组匝数确定单元，用于根据如下公式计算高压侧绕组匝数：

式中，N表示高压侧绕组匝数，U表示变压器绕组两侧电压，f表示电压频率，B_m表示铁芯磁密，S_fe表示等效缩比模型的铁芯有效面积；

串联绕组匝数和公共绕组匝数确定单元，用于根据所述高压侧绕组匝数确定所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数；所述串联绕组匝数和所述公共绕组匝数之和等于所述高压侧绕组匝数；

低压侧绕组匝数确定单元，用于根据高压侧与低压侧匝数比以及所述高压侧绕组匝数确定所述低压侧绕组匝数。

8.根据权利要求5所述的基于分压法的特高压变压器直流偏磁等效试验系统，其特征在于，绕组电阻确定模块，具体包括：

串联绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定串联绕组电阻：

式中，R₁表示串联绕组电阻，ρ₁表示串联绕组电阻率，l₁表示串联绕组等效长度，S₁表示串联绕组截面积，r₁表示串联绕组圆环半径，N₁表示串联绕组匝数；

公共绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定公共绕组电阻：

式中，R₂表示公共绕组电阻，ρ₂表示公共绕组电阻率，l₂表示公共绕组等效长度，S₂表示公共绕组截面积，r₂表示公共绕组圆环半径，N₂表示公共绕组匝数；

低压侧绕组电阻确定单元，用于根据如下公式确定低压侧绕组电阻：

式中，R₃表示低压侧绕组电阻，ρ₃表示低压侧绕组电阻率，l₃表示低压侧绕组等效长度，S₃表示低压侧绕组截面积，r₃表示低压侧绕组圆环半径，N₃表示低压侧绕组匝数。

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