CN112068050B - 一种变压器剩磁量化评估与消除方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种变压器剩磁量化评估与消除方法。通过测量变压器的绕组电感值，对被试绕组施加从零开始以恒定斜率线性上升的正向电流，当电流上升至预设电流值时，获得此时的瞬时电压，结合绕组直流电阻值计算剩磁表征量，以被试绕组饱和剩磁表征量为基准，进而计算获得变压器剩磁率。通过比较实测剩磁率与预设剩磁率限值的大小，确定是否继续消磁。消磁时，通过判断剩磁表征量的正负值，对被试绕组施加正向或负向退磁直流电流，直到将剩磁率消除到预设剩磁率限值范围内，从而实现对剩磁的精确消除。本申请提供的方法具有操作简单、剩磁评估精准、剩磁消除高效的特点，可大幅提升变压器的智能化运维水平。

Description

一种变压器剩磁量化评估与消除方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，特别是涉及一种变压器剩磁量化评估与消除方法。

背景技术

电力变压器是电网中影响供电可靠性的关键设备。变压器在直流电阻测试后、故障跳闸后或正常停电操作后，会在变压器绕组中留有剩磁。因变压器绕组剩磁的存在，会使变压器再次投运时的励磁涌流变大，严重时会导致变压器保护动作、诱发变压器内部故障。

但是，目前技术无法对变压器剩磁进行简便的量化评估，从而导致剩磁消除效率低、不彻底。因此有必要对变压器剩磁大小进行量化评估，并对剩磁进行精确消除，以确保变压器投入运行时的可靠性，提升变压器的智能化运维水平。

发明内容

本发明实施例提供了一种变压器剩磁量化评估与消除方法，用以解决无法准确的对变压器剩磁量化以及精确消除的技术问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种变压器剩磁量化评估方法，所述剩磁量化评估方法包括：

第一步：在高频下测量变压器的被试绕组的电感值L，并获取被试绕组的直流电阻值R；

第二步：对所述被试绕组施加从零开始以恒定斜率K线性上升的正向电流，当所述正向电流上升至预设电流值I⁺时，获得此时的瞬时电压U⁺，则停止施加所述正向电流，通过计算获得所述被试绕组的剩磁表征量S⁺；

第三步：获得所述被试绕组饱和剩磁表征量S_H；

第四步：根据所述剩磁表征量S⁺和所述饱和剩磁表征量S_H，计算获得所述被试绕组的实测剩磁率G；

其中，所述被试绕组对三绕组变压器可为高压绕组、中压绕组或低压绕组，所述被试绕组对两绕组变压器可为高压绕组或低压绕组。

优选地，计算获得所述被试绕组的实测剩磁率G之后，进行变压器剩磁消除，所述剩磁消除方法包括：

第五步：判断所述实测剩磁率G是否大于预设剩磁率限值G_s；

第六步：当所述实测剩磁率G大于所述预设剩磁率限值G_s时，判断本次实测剩磁率G是否大于其上一次实测剩磁率G₁，首次测试时，则上一次实测剩磁率G₁值设为与本次实测剩磁率G值相同；

第七步：若本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，施加的直流电流值或电流持续时长减半；

第八步：若本次实测剩磁率G不大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，维持原施加的退磁直流电流值和电流持续时长不变；

第九步：判断所述剩磁表征量S⁺是否大于0；

第十步：若所述剩磁表征量S⁺大于0，则对所述被试绕组施加正向退磁直流电流I_t ⁺，电流持续t时长；

第十一步：若所述剩磁表征量S⁺小于0，则对所述被试绕组施加负向退磁直流电流I_t ^-，电流持续t时长；

第十二步：重复第二步至第十一步内容，直至当所述实测剩磁率G不大于所述预设剩磁率限值G_s时，变压器剩磁消除工作结束。

优选地，所述剩磁表征量S⁺为：

S⁺＝(U⁺-I⁺R-KL)/I⁺

式中，S⁺为剩磁表征量，R为被试绕组的直流电阻值，I⁺为预设电流值，K为电流上升斜率，U⁺为电流达到I⁺时的瞬时电压值，L为绕组电感值；所述被试绕组的直流电阻值R可为出厂值或现场实测值，获得所述被试绕组的电阻值R后，再次使用时不需重复测量；获得所述被试绕组电感值L后，再次使用时不需重复测量。

优选地，获得被试绕组饱和剩磁表征量S_H，包括：

对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器，采用权利要求1所述第一步、第二步方法获得的被试绕组的剩磁表征量，即为饱和剩磁表征量S_H，获得被试绕组饱和剩磁表征量S_H后，再次使用时不需重复测量。

优选地，所述变压器剩磁率G为：

G＝|S⁺/S_H|×100％

式中，G为剩磁率，S⁺为剩磁表征量，S_H为饱和剩磁表征量。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的变压器剩磁量化评估与消除方法，通过测量变压器的绕组电感值；对被试绕组施加从零开始以恒定斜率线性上升的正向电流，当电流上升至预设电流值时，获得此时的瞬时电压，则停止施加电流，通过计算获得被试绕组的剩磁表征量；获得被试绕组饱和剩磁表征量；然后根据所述剩磁表征量和所述饱和剩磁表征量，计算获得被试绕组的实测剩磁率；变压器剩磁率可以准确的展现变压器剩磁的多少。剩磁消除时，通过比较剩磁率与预设剩磁率限值的大小，确定是否继续消磁；并且判断剩磁表征量的正负值，对被试绕组施加正向或负向退磁直流电流，直到将剩磁率消除到预设剩磁率限值范围内，实现对剩磁进行精确消除，确保了变压器投入运行时的可靠性，提升变压器的智能化运维水平。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例提供的变压器剩磁量化评估与消除方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种变压器剩磁量化评估与消除方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：

图1为本发明实施例提供的变压器剩磁量化评估与消除方法流程图，如图1中S01到S04所示，该变压器剩磁量化评估方法包括以下步骤。

S01：获得被试绕组的电感值L、直流电阻值R。

在高频下测量测量变压器的绕组电感值L，并获取被试绕组的直流电阻值R。变压器的绕组电感值的测量方法采用现有技术中常用电压-电流法在额定电压附近测量。为了避免变压器绕组剩磁的影响，在高于频率50Hz下测量变压器的绕组电感值L，本发明实施例选用频率为150Hz。测试时，非被测试绕组开路，被测试绕组可以为高压绕组、中压绕组、低压绕组(两绕组变压器可以为高压绕组、低压绕组)。获得被试绕组的电感值L后，再次使用时不需重复测量。获得变压器的绕组电感值L为：

式中：L为被试绕组的电感值，U为施加的交流电压有效值，为施加的电压与电流之间的夹角，f为频率，I为施加的交流电流有效值。

被试绕组的直流电阻值R可采用恒流充电法测量获得，恒流充电法测试被试绕组的直流电阻为现有技术的常规方法，此处不再赘述。需要说明的是被试绕组的电阻值R可为出厂值或现场实测值，获得被试绕组的电阻值R后，再次使用时不需重复测量。

S02：测量并计算获得被试绕组的剩磁表征量S⁺。

对被试绕组施加从零开始以恒定斜率K线性上升的正向电流，当正向电流上升至预设电流值I⁺时，获得此时的瞬时电压U⁺，则停止施加正向电流，通过计算获得被试绕组的剩磁表征量S⁺，剩磁表征量S⁺为：

S⁺＝(U⁺-I⁺R-KL)/I⁺

式中，S⁺为剩磁表征量，R为绕组的直流电阻值、通过恒流充电法获得，I⁺为预设电流值、可调，K为电流上升斜率、可调，U⁺为电流达到I⁺时的瞬时电压值，L为绕组电感值。需要说明的是获得被试绕组的电感值L后，再次使用时不需重复测量。

S03：获得被试绕组饱和剩磁表征量S_H。

磁饱和指铁磁性物质或亚铁磁性物质处于磁极化强度或磁化强度不随磁场强度的增加而显著增大的状态。被试绕组的饱和剩磁表征量S_H为绕组剩磁量最大时的剩磁表征量。

作为本申请实施例的一种优选地实施方式，提供一种获得被试绕组饱和剩磁表征量的方法，该方法包括：

对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器，采用步骤S01和S02方法获得的被试绕组的剩磁表征量，即为饱和剩磁表征量S_H。

测量恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器，此时变压器剩磁处于饱和状态，重复S01和S02剩磁表征量的测试步骤，获得被试绕组的饱和剩磁表征量。具体的操作步骤为：首先对恒流充电法测试被试绕组的直流电阻，对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器测量绕组电感值。对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器绕组施加从零开始以恒定斜率线性上升的正向电流，当电流上升至预设电流值时，获得此时的瞬时电压，停止施加电流，计算得恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器绕组的饱和剩磁表征量。

S04：计算被试绕组剩磁率G。

根据剩磁表征量S⁺和饱和剩磁表征量S_H，计算获得被试绕组的实测剩磁率G。通过比较剩磁表征量S⁺与饱和剩磁表征量S_H，获得变压器剩磁率，可量化评估变压器剩磁的大小。因此施加正向电流时变压器绕组的实测剩磁率G为：

G＝|S⁺/S_H|×100％

式中，G为实测剩磁率，S⁺为剩磁表征量，S_H为饱和剩磁表征量。

以上方法步骤可以快速准确的获得变压器的实测剩磁率G，变压器剩磁率G可以准确的展现变压器剩磁的多少。需要说明的是实施例1不依赖其他任何一个实施例可以单独实施。

实施例2：

在实施例1中获得变压器剩磁率G之后，在此基础上对变压器的剩磁进行消除，接下来结合附图进一步说明变压器剩磁的消除方法。如图1中S05、S09到S12所示，该变压器剩磁消除方法包括以下步骤。

S05：判断实测剩磁率G是否大于预设剩磁率限值G_s。

预设剩磁率限值G_s可以根据变压器的应用场景以及对变压器的精度要求确定，预设剩磁率限值G_s取值范围为：G_s≤20％。

S09：判断剩磁表征量S⁺是否大于0。

当实测剩磁率G大于预设剩磁率限值G_s，即G＞G_s时，说明变压器绕组的剩磁量较大，需要对其进行剩磁消除的处理。S⁺的正负值代表剩磁的方向，大于0表示剩磁的方向与所加电流产生的磁场反向，小于0表示剩磁的方向与所加电流产生的磁场同向，此处的所加电流为步骤S20中对被试绕组施加从零开始以恒定斜率线性上升的正向电流。因此需要判断S⁺是否大于0，以确定退磁电流的方向。在完成步骤S06到S08后，判断剩磁表征量S⁺是否大于0若S⁺大于0，则执行步骤S10；若S⁺小于0，则执行步骤S11。

S10：若剩磁表征量S⁺大于0，则对被试绕组施加正向退磁直流电流I_t ⁺，电流持续t时长。

如前文，S⁺大于0表示剩磁的方向与所加电流产生的磁场反向，即剩磁的方向为负向，因此对被试绕组施加正向退磁直流电流I_t ⁺，用正向退磁直流电流来抵消变压器绕组的负向剩磁。其中，正向退磁直流电流I_t ⁺的大小一般不大于被测试绕组在直流电阻测试时的直流电流值，对于高压绕组一般为5A，中压、低压一般为20A；电流施加时间为t，一般电流施加时间为10min左右。正向退磁直流电流的大小和时间可以根据G的大小来选择，例如G较大时，说明剩磁量较大，可以适当的增加正向退磁直流电流I_t ⁺或增加电流施加时间。

S11：若剩磁表征量S⁺小于0，则对被试绕组施加负向退磁直流电流I_t ^-，电流持续t时长。

S⁺小于0表示剩磁的方向与所加电流产生的磁场同向，即剩磁的方向为正向，因此对被试绕组施加负向退磁直流电流I_t ^-，用负向退磁直流电流来抵消变压器绕组的正向剩磁。其中，负向退磁直流电流I_t ^-的大小一般不大于被测试绕组在直流电阻测试时的直流电流值，对于高压绕组一般为5A，中压、低压一般为20A；电流施加时间为t，一般电流施加时间为10min左右。负向退磁直流电流的大小和时间可以根据G的大小来选择，例如G较大时，说明剩磁量较大，可以适当的增加负向退磁直流电流I_t ⁺或增加电流施加时间。

S12：重复第二步至第十一步内容，直至当实测剩磁率G不大于预设剩磁率限值G_s时，变压器剩磁消除工作结束。

当实测剩磁率G不大于预设剩磁率限值G_s，即G≤G_s时，说明变压器绕组剩磁较少不需要进行消除操作，或者是变压器绕组剩磁已经消除完成。在利用本发明实施例提供的变压器剩磁消除方法进行变压器剩磁消除的操作中，完成步骤S11或步骤S12后，需要返回到步骤S20再一次进行剩磁表征量S⁺的计算、判断G是否大于预设剩磁率限值G_s等步骤，直至当G≤G_s，停止变压器剩磁的消除，变压器剩磁消除工作结束。

图2为本发明实施例提供的另一种变压器剩磁量化评估与消除方法流程图，如图2所示，另一种变压器剩磁量化评估与消除方法包括以下步骤。

实施例3：

实施例1和实施例2中给出了变压器剩磁的量化评估与消除方法，实施例3在实施例1和2的基础上对剩磁消除过程进一步优化，以更加快速和精确的完成剩磁的消除。图2为本发明实施例提供的另一种变压器剩磁量化评估与消除方法流程图，如图2所示，另一种变压器剩磁量化评估与消除方法在一种变压器剩磁量化评估与消除方法基础上还包括以下步骤。

S06：当实测剩磁率G大于预设剩磁率限值G_s时，判断本次实测剩磁率G是否大于其上一次实测剩磁率G₁，首次测试时，则上一次实测剩磁率G₁值设为与本次实测剩磁率G值相同。

在变压器绕组剩磁消除的过程中，会出现施加电流过大或者施加电流时间过长，导致消磁过头，剩磁反向后有可能出现本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁的现象。因此，在判断为当实测剩磁率G大于预设剩磁率限值G_s后，即G＞G_s后，判断实测剩磁率G是否大于其上一次实测剩磁率G₁，首次测试时，则上一次实测剩磁率G₁值设为与本次实测剩磁率G值相同。如果本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁，则执行步骤S07，否则执行步骤S08。

S07：若本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，施加的直流电流值或电流持续时长减半。

若本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁，说明前面一次的消磁过头了，将原有的剩磁消除后又对变压器绕组进行了充磁，并且充磁量大于原来的剩磁量，因此需要施加反向电流且直流电流值或者施加电流时间减半或者直流电流值与施加电流时间的数值乘积减半，即在步骤S10或者S11时施加反向电流且直流电流值或者施加电流时间减半或者直流电流值与施加电流时间的数值乘积较上一次减半。

S08：若本次实测剩磁率G不大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，维持原施加的退磁直流电流值和电流持续时长不变。

本次实测剩磁率G不大于其上一次实测剩磁率G₁，在执行施加退磁直流电流步骤时，维持原施加的退磁直流电流值和电流持续时长不变，即在步骤S10或者S11时维持原施加的退磁直流电流值和电流持续时长不变。采用二分法调整施加的退磁直流电流值或电流持续时长可以更快更精确的完成变压器剩磁的消除。

本说明书中的实施例采用递进的方式描述。各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本文使用的术语“和\或”包括一个或多个相关的所列项目的任一的和所有的组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种变压器剩磁量化评估方法，其特征在于，所述剩磁量化评估方法包括：

第一步：在高频下测量变压器的被试绕组的电感值L，并获取被试绕组的直流电阻值R；

第二步：对所述被试绕组施加从零开始以恒定斜率K线性上升的正向电流，当所述正向电流上升至预设电流值I^＋时，获得此时的瞬时电压U^＋，则停止施加所述正向电流，通过计算获得所述被试绕组的剩磁表征量S^＋；

所述剩磁表征量S⁺为：

式中，S⁺为剩磁表征量，R为被试绕组的直流电阻值，I^＋为预设电流值、可调，K为电流上升斜率、可调，U^＋为电流达到I^＋时的瞬时电压值，L为绕组电感值；所述被试绕组的直流电阻值R可为出厂值或现场实测值，获得所述被试绕组的电阻值R后，再次使用时不需重复测量；获得所述被试绕组电感值L后，再次使用时不需重复测量；

第三步：获得所述被试绕组饱和剩磁表征量S_H，其中，测量恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器剩磁处于饱和状态， 对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器，采用第一步和第二步的剩磁表征量的测试步骤，获得的被试绕组的剩磁表征量，即为饱和剩磁表征量S_H；

重复第一步和第二步剩磁表征量的测试步骤，获得被试绕组的饱和剩磁表征量S_H的操作步骤为：

首先对恒流充电法测试被试绕组的直流电阻，对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器测量绕组电感值；

对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器绕组施加从零开始以恒定斜率线性上升的正向电流；

当电流上升至预设电流值时，获得此时的瞬时电压，停止施加电流，计算得恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器绕组的饱和剩磁表征量S_H；

第四步：根据所述剩磁表征量S^＋和所述饱和剩磁表征量S_H，计算获得所述被试绕组的实测剩磁率G；

其中，所述被试绕组对三绕组变压器可为高压绕组、中压绕组或低压绕组，所述被试绕组对两绕组变压器可为高压绕组或低压绕组。

2.根据权利要求1所述的变压器剩磁量化评估方法，其特征在于，计算获得所述被试绕组的实测剩磁率G之后，进行变压器剩磁消除，所述剩磁消除方法包括：

第五步：判断所述实测剩磁率G是否大于预设剩磁率限值G_s；

第六步：当所述实测剩磁率G大于所述预设剩磁率限值G_s时，判断本次实测剩磁率G是否大于其上一次实测剩磁率G₁，首次测试时，则上一次实测剩磁率G₁值设为与本次实测剩磁率G值相同；

第七步：若本次实测剩磁率G大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，施加的直流电流值或电流持续时长减半；

第八步：若本次实测剩磁率G不大于其上一次实测剩磁率G₁，则在执行施加退磁直流电流步骤时，维持原施加的退磁直流电流值和电流持续时长不变；

第九步：判断所述剩磁表征量S^＋是否大于0；

第十步：若所述剩磁表征量S^＋大于0，则对所述被试绕组施加正向退磁直流电流I_t ^＋，电流持续t时长；

第十一步：若所述剩磁表征量S^＋小于0，则对所述被试绕组施加负向退磁直流电流I_t ^-，电流持续t时长；

第十二步：重复第二步至第十一步内容，直至当所述实测剩磁率G不大于所述预设剩磁率限值G_s时，变压器剩磁消除工作结束。

3.根据权利要求1所述的变压器剩磁量化评估方法，其特征在于，获得被试绕组饱和剩磁表征量S_H，包括：

对恒流充电法直流电阻测试完成后的变压器，采用权利要求1所述第一步、第二步方法获得的被试绕组的剩磁表征量，即为饱和剩磁表征量S_H，获得被试绕组饱和剩磁表征量S_H后，再次使用时不需重复测量。

4.根据权利要求1所述的变压器剩磁量化评估方法，其特征在于，所述变压器剩磁率G为：

式中，G为剩磁率，S⁺为剩磁表征量，S_H为饱和剩磁表征量。