CN112967862B - 基于j-a模型的三相变压器消磁方法 - Google Patents

Abstract

基于J‑A模型的三相变压器消磁方法，包括以下步骤；1)在消磁装置上需设置变压器高压侧绕线匝数、铁心截面积、等效磁链长度的关键信息；2)开始消磁过程，由消磁装置的B相连接口向变压器注入的电流量，另外A、C相开始测量电压并送回装置进行计算，并得出由测量电压获得的计算磁化强度M；3)装置注入B相电流已知，则B相向另外两相产生的磁场强度已知，利用J‑A模型实时计算磁化强度；4)将由电压测量计算的磁化强度曲线初始值与J‑A模型计算的磁化强度初始值进行比较，然后不断变化B相注入电流的大小直至铁心内剩磁水平降至所需水平。本发明能够实现三相变压器铁心内的剩磁消除任务，保证电力系统安全稳定运行。

Description

基于J-A模型的三相变压器消磁方法

技术领域

本发明涉及三相变压器消磁技术领域，特别涉及基于J-A模型的三相变压器消磁方法。

背景技术

三相变压器在检修期间的例行试验中可能会造成剩磁积累(例如变压器直阻试验等)，由于变压器铁心内存在的剩磁会造成涌流问题，可能引起变压器差动保护误动作，从而带来不必要的事故。因此变压器在空载投运前必须做消磁措施。

常规消磁装置对于剩磁的消除多直接按照固定模式加量，对于剩磁存量的监视尚有不足，加上铁心剩磁无法通过传感器直接测量，只能由计算的形式得到，准确的描述剩磁量才可利于有效的变压器消磁工作。J-A(Jiles-Atherton)理论作为经典铁磁理论，用于描述变压器铁磁材料磁化特性具有非常好的现象解释并易于计算，可用于剩磁消除的实际工作中去。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于J-A模型的三相变压器消磁方法，能够实现三相变压器铁心内的剩磁消除任务，保证电力系统安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于J-A模型的三相变压器消磁方法，包括以下步骤；

1)在消磁装置机上设置变压器高压侧绕线匝数、铁心截面积和等效磁链长度；

2)开始消磁过程，由消磁装置的B相连接口向变压器注入电流量，A、C相开始测量电压并送回基于J-A模型的三相变压器消磁装置进行计算，并得出由测量电压获得的计算当前三相变压器铁心内的磁化强度M₁；

3)装置注入B相连接口向变压器注入电流量已知，则B相向另外两相产生的磁场强度H已知，利用J-A模型实时计算当前三相变压器铁心内的磁化强度M₂；

4)将由电压测量计算的磁化强度M₁曲线初始值与J-A模型计算的磁化强度M₂初始值进行比较，如果误差小于5％，则标记该值M₂为三相变压器当前剩磁，如不满足则认为过程有误，将B相连接口向变压器注入电流量降低当前电流的0.98倍重新比较，然后以J-A模型计算的M₂值为参考，如遇过零点立即停止B相连接口向变压器注入电流量供给，比较当前M₂值与零点的大小，如满足消磁要求则结束消磁过程，否则继续降低当前电流的0.98倍返回步骤2)。

所述步骤2)由消磁装置的B相连接口向变压器注入的电流量记为i_m，A相测得的电压为e_A，则有：

式中，N是变压器高压侧绕线匝数，A是环式铁心的截面；μ₀是真空状态下的磁导率，μ₀＝4π×10^-7T·m/A,l是环路积分的等效磁链长度(对于C相，计算同理)；

在三个计算点后得到的M值为电压采样测算的初始磁化强度。

所述步骤3)利用J-A模型实时计算磁化强度M，将J-A理论最终推导出磁化率微分式表达为：

式中，M_s、c、k、α、a为J-A模型五项关键参数，其中，M_s是铁心材料的饱和磁化强度；c是能量损耗系数；k是钉扎效应常数；a是形状参数；α为磁畴壁耦合系数，由铁磁材料出厂磁化曲线易得到；M_an是假设铁磁材料无磁滞效应的磁化强度；方向参数δ的计算，如下式所示：

采用Langevin方程式(5)描述M_an-H_e的关系；

式中，H_e是有效磁场强度，与实际磁场的关系描述为式(6)；

H_e＝H+α·M (6)

装置注入B相电流已知，则B相向另外两相产生的磁场强度H已知，由公式(3)-(6)可得J-A模型计算的dM/dH，最后得到三相变压器铁心内实际的磁化强度M的值。

然后依照实际计算的磁化强度M，在设定好的通流程序下持续计算，直至剩磁监测值满足消磁要求，然后停止B相电流注入，退出消磁过程。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种基于J-A模型的三相变压器消磁方法，利用J-A铁磁模型的定量计算辅助三相变压器剩磁消除过程，接线方便、原理可靠，满足三相变压器受电前对于励磁涌流隐患消除的要求。采用经典J-A铁磁模型与常规电磁转换关系计算的磁场值进行双重比较，可靠地将铁心剩磁降到符合要求的水平以内，通用性及安全性高，便于现场推广使用。

附图说明

图1为本发明中消磁试验示意图。

图2为本本发明中基于J-A模型三相变压器消磁流程图。

图3为正向剩磁消除过程中B相电流的动态曲线示意图。

图4为J-A模型计算所得到的剩磁曲线示意图。

图1中：1为测试电缆，连接至三相变压器的高压侧；2为消磁装置机；3为A相磁柱铁心截面积；4为A相等效磁链路径；5为C相磁柱铁心截面积；6为C相等效磁链路径；A、B、C和O表示三相变压器的高压侧三相和中性点位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的基于J-A模型的三相变压器消磁装置，首先设置消磁试验所需的基本参数包括了变压器高压侧绕线匝数、铁心截面积、等效磁链长度。其中铁心截面积指的是A、C相磁柱处截面积，等效磁链长度指的是B相注入电流后往A、C相流入的磁通路径，具体位置如图1。

基于J-A模型的三相变压器消磁装置，包括消磁装置机2与被消磁的三相变压器，所述被消磁的三相变压器上高压侧的三相及中性点分别通过测试电缆1连接至消磁装置机2。

所述高压侧的三相分别为A端、B端与C端，所述B端用于注入可控交流电流，所述A端与C端用于检测电压、电流量。

按照图2所示的消磁流程进行消磁过程。其中对于B相注入电流在不满足消磁需求时逐步降低当前计算步骤的0.98倍的环节，应注意初始最大电流不宜超过常规AC 220V电源的容量，例如50A。

按照消磁步骤完毕后，装置显示初始剩磁值和最终消磁后的剩磁值。

实例1：本例中给出某厂一台500kV，容量为MVA的三相变压器。经查阅出厂资料和计算，获得了变压器高压侧绕线匝数、铁心截面积、等效磁链长度等分别为：N＝525、A＝0.9063m²、l＝5.3092m。将J-A模型的关键参数设置为：M_s＝1.8×10⁶、c＝0.1、k＝300、α＝2.5×10^-5、a＝100。

为了说明本发明对三相变压器铁磁材料的消磁作用，这里将变压器初始剩磁设设置为+53％。然后在MATLAB里将J-A模型和所设定的通流方式带入进去，本例中的B相注入初始电流设定在50A，仿真中略去由装置测量获得的计算磁化强度M₁曲线并假设其与J-A模型计算的M₂曲线吻合。附图3展示了此时对于正向剩磁消除过程中B相电流的动态曲线，附图4展示了J-A模型此时计算所得到的剩磁曲线。消磁前三相变压器铁心内剩磁水平为正向52％，经本发明所述消磁过程后，铁心内的理论剩磁水平为正向1.7％，理论用时4s。

结果表明，本发明对于三相变压器消磁任务的正确性与可靠性。

Claims (3)

1.基于J-A模型的三相变压器消磁方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)在消磁装置机上设置变压器高压侧绕线匝数、铁心截面积和等效磁链长度；

2)开始消磁过程，由消磁装置的B相连接口向变压器注入电流量，A、C相开始测量电压并送回基于J-A模型的三相变压器消磁装置进行计算，并得出由测量电压获得的计算当前三相变压器铁心内的磁化强度M₁；

3)装置注入B相连接口向变压器注入电流量已知，则B相向另外两相产生的磁场强度H已知，利用J-A模型实时计算当前三相变压器铁心内的磁化强度M₂；

4)将由电压测量计算的磁化强度M₁曲线初始值与J-A模型计算的磁化强度M₂初始值进行比较，如果误差小于5％，则标记该值M₂为三相变压器当前剩磁，如不满足则认为过程有误，将B相连接口向变压器注入电流量降低当前电流的0.98倍重新比较，然后以J-A模型计算的M₂值为参考，如遇过零点立即停止B相连接口向变压器注入电流量供给，比较当前M₂值与零点的大小，如满足消磁要求则结束消磁过程，否则继续降低当前电流的0.98倍返回步骤2)。

2.根据权利要求1所述的基于J-A模型的三相变压器消磁方法，其特征在于，所述步骤2)由消磁装置的B相连接口向变压器注入的电流量记为i_m，A相测得的电压为e_A，则有：

式中，N是变压器高压侧绕线匝数，A是环式铁心的截面；μ₀是真空状态下的磁导率，μ_0＝4π×10^-7T·m/A,l是环路积分的等效磁链长度；

在三个计算点后得到的M值为电压采样测算的初始磁化强度。

3.根据权利要求1所述的基于J-A模型的三相变压器消磁方法，其特征在于，所述步骤3)利用J-A模型实时计算磁化强度M，将J-A理论最终推导出磁化率微分式表达为：

式中，M_s、c、k、α、a为J-A模型五项关键参数，其中，M_s是铁心材料的饱和磁化强度；c是能量损耗系数；k是钉扎效应常数；a是形状参数；α为磁畴壁耦合系数，由铁磁材料出厂磁化曲线易得到；M_an是假设铁磁材料无磁滞效应的磁化强度；方向参数δ的计算，如下式所示：

采用Langevin方程式(5)描述M_an-H_e的关系；

式中，H_e是有效磁场强度，与实际磁场的关系描述为式(6)；

H_e＝H+α·M(6)

装置注入B相电流已知，则B相向另外两相产生的磁场强度H已知，由公式(3)-(6)可得J-A模型计算的dM/dH，最后得到三相变压器铁心内实际的磁化强度M的值。

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