CN112198465B - 一种变压器的剩余磁通的检测方法、介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变压器的剩余磁通的检测方法、介质及系统。该检测方法包括：获取变压器铁芯的饱和磁滞回线的饱和点处的最大磁感应强度以及最大磁感应强度对应的阈值磁场强度；计算变压器铁芯无剩磁时的动态磁阻最大值；通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加初始相角为0°的一个周期正弦电压激励，并测量一个周期内的电压值和电流值；根据测量得到的电压值和电流值，以及，饱和磁滞回线中最大磁感应强度对应的阈值磁场强度，计算得到剩磁条件下的变压器铁芯的动态磁阻；根据变压器铁芯的动态磁阻、无剩磁时的动态磁阻最大值和最大磁感应强度，计算得到变压器的剩余磁通。本发明准确检测变压器铁芯的剩余磁通。

Description

一种变压器的剩余磁通的检测方法、介质及系统

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器的剩余磁通的检测方法、介质及系统。

背景技术

变压器空载投运时，由于铁芯中可能存在的剩余磁通与合闸预期磁通不相等，会导致励磁涌流出现，其幅值可能达到6-8倍额定电流，对电网运行产生危害，引起继电保护装置误动作。利用选相合闸技术能够有效抑制励磁涌流的产生。目前常用的选相合闸技术，不考虑剩余磁通而直接在电压幅值处选相合闸，对励磁涌流有一定的抑制效果。但是，由于合闸预击穿以及剩余磁通的影响，其效果往往不够理想。故选相合闸技术需要对铁芯剩余磁通进行有效检测。由于铁芯磁路封闭，无法对其进行直接测量，所以目前已有方法均为间接测量。一般的间接测量方法，往往是对局部磁滞回线进行测量后，利用外加激励分析电压、电流变化率等在磁滞回线中定位剩余磁通大小，但是，激励过后剩余磁通大小本身也会发生变化，即测量所得到的剩余磁通与最终受影响的剩余磁通不相等。并且现有方案对局部磁滞回线的分析往往直接使用饱和磁滞回线来代替，然而铁芯局部磁滞回线与饱和磁滞回线的B-H关系并不相同，所以计算结果存在误差。

发明内容

本发明实施例提供了一种变压器的剩余磁通的检测方法、介质及系统，以解决现有技术检测得到的剩余磁通存在误差的问题。

第一方面，提供了一种变压器的剩余磁通的检测方法，包括：获取变压器铁芯的饱和磁滞回线的饱和点处的最大磁感应强度以及最大磁感应强度对应的阈值磁场强度；计算变压器铁芯无剩磁时的动态磁阻最大值；通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加初始相角为0°的一个周期正弦电压激励，并测量一个周期内的电压值和电流值；根据测量得到的电压值和电流值，以及，饱和磁滞回线中最大磁感应强度对应的阈值磁场强度，计算得到剩磁条件下的变压器铁芯的动态磁阻；根据变压器铁芯的动态磁阻、无剩磁时的动态磁阻最大值和最大磁感应强度，计算得到变压器的剩余磁通。

第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的变压器的剩余磁通的检测方法。

第三方面，提供了一种变压器的剩余磁通的检测系统，包括：如第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。

本发明实施例，可准确检测变压器铁芯的剩余磁通，并不引起变压器的剩余磁通变化，特别适用于采用选相分合闸技术的空载变压器投切领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述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是本发明实施例的变压器的剩余磁通的检测方法的流程图；

图2是本发明实施例的可调交流电压源激励一个周期局部磁滞回线变化图与饱和磁滞回线的对比示意图；

图3是本发明实施例的采用可调交流源的剩余磁通检测装置的原理图。

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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种变压器的剩余磁通的检测方法。该检测方法针对选相投切空载变压器投切时，剩余磁通与合闸预期磁通不相符时导致的励磁涌流现象。该方法利用可调交流电源进行激励，利用变压器动态磁阻与磁通的对应关系，对变压器断电后进行一个周期正弦电压激励，测量其电流、电压，并计算出对应的铁芯磁场强度与磁感应强度关系，准确检测变压器铁芯剩余磁通数值，并不引起变压器剩余磁通变化，特别适用于采用选相分合闸技术的空载变压器投切领域。

如图1所示，该检测方法具体包括如下的步骤：

步骤S1：获取变压器铁芯的饱和磁滞回线的饱和点处的最大磁感应强度以及最大磁感应强度对应的阈值磁场强度。

一般的，变压器铁芯在出厂时，会标有最大磁感应强度以及最大磁感应强度对应的阈值磁场强度等参数，因此，可直接读取这些数据。

步骤S2：计算变压器铁芯无剩磁时的动态磁阻最大值。

具体的，该步骤包括如下的过程：

(1)在变压器铁芯的剩余磁通为零时，通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加正弦电压激励。

一般的，刚出厂的变压器铁芯是没有剩余磁通的，可在这个时候施加电压激励。如图3所示，通过可调交流电压源101对铁芯绕组进行交流电压源激励。应当理解的是，该电压激励对初始相角没有要求。

(2)测量得到初始时刻的电压值和电流值。

如图3所示，利用电压互感器102、电流互感器103、采集卡104获得绕组端电压与绕组中的电流。

(3)采用

计算得到动态磁阻最大值。

其中，R_m表示无剩磁时的动态磁阻最大值，U_t0表示初始时刻的电压值，i_t0表示初始时刻的电流值，H₀表示饱和磁滞回线中最大磁感应强度B_s对应的阈值磁场强度，N表示变压器励磁线圈的匝数，S表示铁芯有效截面积，l表示变压器铁芯的有效磁路长度。H₀，N，S，l都可直接通过变压器铁芯出厂时标注的参数直接得到。

该计算公式由下述几个公式推导得到：

其中，公式(2)可根据磁通变化量

得到。

通过上述三个公式可以联立推导得到

该公式中，r(B)表示变压器铁芯的动态磁阻。U表示电压值，i表示电流值，H₀表示饱和磁滞回线中最大磁感应强度B_s对应的阈值磁场强度，N表示变压器励磁线圈的匝数，S表示铁芯有效截面积，l表示变压器铁芯的有效磁路长度。

此外，r(B)和R_m的关系可通过下式表示：

一般的，r(B)取值与铁芯材料和结构有关，对于不同的变压器铁芯，需要专门进行测量。通过上式可知，当刚开始给绕组通电时，磁感应强度B为0，此时变压器铁芯动态磁阻r(B)最大，即此时r(B)＝R_m。因此，动态磁阻最大值可采用电压激励的初始时刻的电压值和电流值通过上述的公式计算得到。如图3所示，利用数字信号处理模块105进行相应的计算以及后续的数据计算。

步骤S3：通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加初始相角为0°的一个周期正弦电压激励，并测量一个周期内的电压值和电流值。

该电压激励和测量也可通过前述的图3所示的装置进行施加和测量。

如图2所示，在变压器断电后，对于含有剩余磁通的铁芯进行一个周期的交流源激励，电压从零开始增大，忽略铜损铁损。由于电压等级远低于变压器额定电压，所以将电压源激励下的局部磁滞回线近似为其磁化曲线，即一个周期之内，磁滞回线变化路径为从R点出发沿下曲线(即上升沿曲线)到达P点，再沿上曲线(即下降沿曲线)回到R点，等效为R点出发的直线到达P点再沿原路返回R点。磁感应强度与磁场强度在交流源激励正半周期内增加，在负半周期内减小，最终回到R点。

此外，由于磁通由电压积分可得，所以由

可知，对剩磁进行从0°开始的一个周期正弦电压激励测量并不会改变初始剩余磁通。

综上，本步骤施加初始相角为0°的一个周期正弦电压激励，在一次测量周期内，可以不改变剩余磁通大小，完成对剩余磁通的测量，在后续步骤中通过采集的电压值和电流值进行相应的计算最终得到剩余磁通。

步骤S4：根据测量得到的电压值和电流值，以及，饱和磁滞回线中最大磁感应强度对应的阈值磁场强度，计算得到剩磁条件下的变压器铁芯的动态磁阻。

具体的，计算得到剩磁条件下的变压器铁芯动态磁阻的计算式为(该公式的推导原理如步骤S2中所示，在此不再赘述)：

其中，r(B)表示变压器铁芯的动态磁阻，U(t)表示t时刻测量得到的电压值，i(t)表示t时刻测量得到的电流值，H₀表示饱和磁滞回线中最大磁感应强度B_s对应的阈值磁场强度，N表示变压器励磁线圈的匝数，S表示变压器铁芯有效截面积，l表示变压器铁芯的有效磁路长度。应当理解的是，测量得到的电压值和电流值可以为正弦电压激励半个周期时对应的电压值和电流值。

步骤S5：根据变压器铁芯的动态磁阻、无剩磁时的动态磁阻最大值和最大磁感应强度，计算得到变压器的剩余磁通。

具体的，计算得到变压器的剩余磁通的计算式为：

其中，B_R表示变压器的剩余磁通，B_S表示最大磁感应强度，r(B)表示变压器铁芯的动态磁阻，R_m表示无剩磁时的动态磁阻最大值。

如前所述，r(B)和R_m的关系可通过下式表示：

该式中的B表示磁感应强度。对于动态磁阻r(B)可以是磁感应强度B的函数。此外，r(B)也可以是常数，这是因为本发明实施例的激励所采用的电压等级远低于变压器额定电压，所以上式中的B取值为变压器的剩余磁通B_R，则r(B)为常数。因此，

可记为

从而可利用动态磁阻与磁感应强度的关系计算变压器的剩余磁通。如前所述，由于电压源激励为一个完整周期，所以磁通变化量为0，测量结束剩余磁通仍然维持初始值。

对10kV冲击变压器进行测量，并对其进行了合闸涌流测试，利用合闸涌流推导计算得出的剩磁值作为参考，对本发明实施例的通过电压激励并计算得到剩余磁通的方法进行了验证，实验结果如表1所示。

表1合闸涌流验证结果

合闸涌流(A)	涌流计算剩磁(p.u.)	测量剩磁(p.u.)
			620	-0.73	-0.68
520	-0.64	-0.63
			300	-0.39	-0.42
-140	0.69	0.67
			-260	-0.20	-0.23
-430	0.28	0.30
			198	0.73	0.74
-280	0.68	0.66
			340	-0.59	-0.56
460	0.38	0.40
			320	-0.52	-0.53
500	-0.69	-0.66

通过表1的结果，可以看出本发明实施例的方法具有较高的准确性，因此，具有实用性。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的变压器的剩余磁通的检测方法。

本发明实施例还公开了一种变压器的剩余磁通的检测系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。

综上，本发明实施例，可准确检测变压器铁芯的剩余磁通，并不引起变压器的剩余磁通变化，特别适用于采用选相分合闸技术的空载变压器投切领域。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种变压器的剩余磁通的检测方法，其特征在于，包括：

获取变压器铁芯的饱和磁滞回线的饱和点处的最大磁感应强度以及最大磁感应强度对应的阈值磁场强度；

计算变压器铁芯无剩磁时的动态磁阻最大值；

通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加初始相角为0°的一个周期正弦电压激励，并测量一个周期内的电压值和电流值；

根据测量得到的电压值和电流值，以及，饱和磁滞回线中最大磁感应强度对应的阈值磁场强度，计算得到剩磁条件下的变压器铁芯的动态磁阻；

根据变压器铁芯的动态磁阻、无剩磁时的动态磁阻最大值和最大磁感应强度，计算得到变压器的剩余磁通，所述计算得到变压器的剩余磁通的计算式为：

其中，B_R表示变压器的剩余磁通，B_S表示最大磁感应强度，r(B)表示变压器铁芯的动态磁阻，R_m表示无剩磁时的动态磁阻最大值，所述计算得到剩磁条件下的变压器铁芯的动态磁阻的计算式为：

其中，r(B)表示变压器铁芯的动态磁阻，U(t)表示t时刻测量得到的电压值，i(t)表示t时刻测量得到的电流值，H₀表示饱和磁滞回线中最大磁感应强度B_s对应的阈值磁场强度，N表示变压器励磁线圈的匝数，S表示变压器铁芯有效截面积，l表示变压器铁芯的有效磁路长度。

2.根据权利要求1所述的变压器的剩余磁通的检测方法，其特征在于，所述计算变压器铁芯无剩磁时的动态磁阻最大值的步骤，包括：

在变压器铁芯的剩余磁通为零时，通过变压器绕组端子外接的可调交流电压源施加正弦电压激励；

测量得到初始时刻的电压值和电流值；

采用

计算得到动态磁阻最大值；

其中，R_m表示无剩磁时的动态磁阻最大值，U_t0表示初始时刻的电压值，i_t0表示初始时刻的电流值，H₀表示饱和磁滞回线中最大磁感应强度B_s对应的阈值磁场强度，N表示变压器励磁线圈的匝数，S表示铁芯有效截面积，l表示变压器铁芯的有效磁路长度。

3.根据权利要求1所述的变压器的剩余磁通的检测方法，其特征在于：测量得到的电压值和电流值为正弦电压激励半个周期时对应的电压值和电流值。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1～3中任一项所述的变压器的剩余磁通的检测方法。

5.一种变压器的剩余磁通的检测系统，其特征在于，包括：如权利要求4所述的计算机可读存储介质。

Images