CN113419125B - 一种干式电压互感器铁芯频率特性测定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变电设备技术领域，具体为一种干式电压互感器铁芯频率特性的测定方法。信号发生器将幅值恒定、频率可调的电压施加于铁芯，从功率分析仪中得到不同频率下的电流、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，达到对铁芯的频率特性测量的目的。将所得的数据进行计算、分析，得到频率对铁芯损耗和铁芯磁导率的影响。在研究谐波对干式电压互感器测量精度的影响方面，具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及变电设备技术领域，具体为一种干式电压互感器铁芯频率特性的测定方法。
背景技术
干式电压互感器因结构简单，便于维护，价格合理等优点，广泛应用于电力系统中。干式电压互感器可将线路中如测量仪表、继电保护装置等电气设备与系统隔开，以降低危险性，同时也起到变换电压、扩大测量仪表量程的作用。
由于电力系统中各种大功率整流、逆变、变频装置的投入使用，同时用户侧的各种非线性负载比重不断增加，造成电力系统中存在大量谐波分量。
谐波的来源主要可分为以下几方面：1.发电机产生的少量谐波：理想情况下发电机输出为正弦波，但实际应用中磁极磁场未按正弦规律分布时，输出感应电动势中会包含一定谐波分量；2.输配电系统产生的谐波：输配电系统中电力变压器励磁回路非线性化时，励磁电流中将含有谐波分量，同时在负载投切、暂态扰动状态下也会产生谐波电流；3.用电设备产生的谐波：整流器、逆变器、直流斩波器及开关电源等电力电子装置，其中以整流装置占比最大，采用晶闸管或二极管整流会带来大量奇数次谐波；4.变频设备产生的谐波。
由于干式电压互感器的一次绕组并联于电力系统的输电线路或者母线上，故干式电压互感器的一次绕组中存在大量谐波。谐波将对干式电压互感器的铁芯损耗和铁芯磁导率产生影响，从而影响到二次侧输出电压的精度。为实现干式电压互感器的准确测量，必须研究铁芯的频率特性。在当前的铁芯频率特性的研究中，关注点在于工频，对于中频、高频对于铁芯的影响研究甚少，所以对铁芯的中频、高频的特性测定方法的研究是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种干式电压互感器铁芯频率特性测定的方法，同时还提供了该方法的电路，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种干式电压互感器的铁芯频率特性测定方法，包括以下步骤：
步骤1：准备试验元件：干式电压互感器的铁芯、铁芯骨架、单股铜线、绝缘管、绝缘胶布、剪线钳、钳子、铜线鼻子、功率分析仪、信号发生器、信号采集线、电源线、导线。
步骤2：通过阅读铁芯的结构参数，得到铁芯的截面直径。选择铁芯骨架，要求其内直径要大于铁芯的截面直径，并将铁芯骨架安装于铁芯的一侧。
步骤3：选取高度一致的两个绝缘管放置于地上，并将铁芯放置于绝缘管之间，铁芯骨架悬空，将单股铜线首端1cm处放置于铁芯骨架的导线卡口，可靠固定，旋转铁芯骨架，缠绕数匝单股铜线。
步骤4：用绝缘胶布粘贴于绕组线圈表面，并将绕组线圈尾端固定，在绕组线圈尾端1cm处用剪线钳剪断。
步骤5：用剪线钳将绕组线圈首端、尾端预留1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线。
步骤6：将功率分析仪、信号发生器放置于实验桌上，并将信号采集线的连接端插入功率分析仪的电压、电流信号输入端口。
步骤7：选取长度合适的导线。用剪线钳将导线首端、尾端1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线。
步骤8：将导线的一端接于信号发生器的正极性电压输出端口，导线的另一端与绕组线圈的一端、正电压信号采集线的钳子端口相连，即导线的另一端、绕组线圈的一端和正电压信号采集线的钳子端接于一处。用正电压信号采集线的钳子将导线一端的铜线鼻子和绕组线圈的铜线鼻子夹于一处。
步骤9：绕组的另一端与正电流信号采集线的钳子端口和负电压信号采集线的钳子端口相连，即绕组的另一端、正电流信号采集线的钳子端口和负电压信号采集线的钳子端口接于一处。用正电流信号采集线的钳子夹于绕组的另一端的铜线鼻子，负电压信号采集线的钳子夹于正电流信号采集线的钳子。
步骤10：将负电流信号采集线的钳子端口接于信号发生器的负极性电压输出端口。
步骤11：功率分析仪，信号发生器接入电源线，同时将电源线插入工频电源插口。
步骤12：打开功率分析仪，信号发生器的开关，通过调节信号发生器的电压调节旋钮，使得信号发生器的输出电压值U的正弦波。
步骤13：调节信号发生器的频率调节旋钮，使得信号发生器的输出电压值为U、频率为f的正弦波。
步骤14：从功率分析仪中得到不同频率下的电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ。通过计算可以的到等效电阻R、等效电抗X、等效电感L。
等效电阻R、等效电抗X、等效电感L的计算公式如下：
步骤15：将计算所得等效电阻R、等效电抗X、等效电感L的数据绘图，设等效电阻R、等效电抗X、等效电感L为y轴，设频率为x轴。因等效电阻R表征为铁芯损耗，等效电感L表征为铁芯磁导率，所以可以得到铁芯损耗和铁芯磁导率随频率升高而形成的变化趋势。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明是一种干式电压互感器铁芯频率特性测定的方法。信号发生器将幅值恒定、频率可调的电压施加于铁芯，从功率分析仪中获得数据，达到对铁芯的频率特性测量的目的。将所得数据计算、分析，得到频率对铁芯的损耗和铁芯磁导率的影响。在研究谐波对干式电压互感器测量精度的影响方面，具有指导意义。
附图说明
图1为本发明的试验接线图；
图2为本发明的铁芯绕组放大图；
图1中：1、干式电压互感器的铁芯，2、铁芯骨架，3、单股铜线，4、绕组线圈，5、功率分析仪，6、信号发生器，7、正电压信号采集线，8、负电压信号采集线，9、正电流信号采集线，10、负电流信号采集线，11、电压信号输入端口，12、电流信号输入端口，13、导线，14、电压信号输出端口，15、调压旋钮，16、调频旋钮，17、信号发生器的显示屏，18、功率分析仪的显示屏，19、功能按键。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参阅图1-2，本发明提供了一种干式电压互感器铁芯频率特性的测定方法，具体步骤如下：
步骤1：准备试验元件：干式电压互感器的铁芯、铁芯骨架、单股铜线、绝缘管、绝缘胶布、剪线钳、钳子、铜线鼻子、功率分析仪、信号发生器、信号采集线、电源线、导线。
步骤2：通过阅读铁芯1的结构参数，得到铁芯1的截面直径为26mm。选择铁芯骨架2，要求其内直径要大于铁芯1的截面直径，选择铁芯骨架2的内直径为28.2mm。并将铁芯骨架2安装与铁芯1的一侧。
步骤3：选取高度一致的绝缘管放置于地上，并将铁芯1放置于两个绝缘管之间，铁芯骨架2悬空，将单股铜线3首端1cm处放置于铁芯骨架2的导线卡口，可靠固定，旋转铁芯骨架2，缠绕20匝单股铜线3。
步骤4：用绝缘胶布粘贴于绕组线圈4表面，并将绕组线圈4尾端固定，在绕组线圈4尾端1cm处用剪线钳剪断。
步骤5：用剪线钳将绕组线圈4首端、尾端预留1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线。
步骤6：将功率分析仪5、信号发生器6放置于实验桌上，并将正电压信号采集线7、负电压信号采集线8的连接端插入功率分析仪的电压信号输入端口11，将正电流信号采集线9、负电流信号采集线10的连接端插入功率分析仪的电流信号输入端口12。
步骤7：选取长度合适的导线13。用剪线钳将导线13首端、尾端1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线。
步骤8：将导线13的一端接于信号发生器电压输出端口14的正极，导线13的另一端与绕组线圈4的一端、正电压信号采集线7的钳子端口相连，即导线13的另一端、绕组线圈4的一端和正电压信号采集线7的钳子端接于一处。用正电压信号采集线7的钳子将导线10一端的铜线鼻子和绕组线圈4的铜线鼻子夹于一处。
步骤9：绕组4的另一端与正电流信号采集线9的钳子端口和负电压信号采集线8的钳子端口相连，即绕组4的另一端、正电流信号采集线9的钳子端口和负电压信号采集线8的钳子端口接于一处。用正电流信号采集线9的钳子夹于绕组4的另一端的铜线鼻子，负电压信号采集线8的钳子夹于正电流信号采集线9的钳子。
步骤10：将负电流信号采集线10的钳子端口接于信号发生器电压输出端口14的负极。
步骤11：功率分析仪5，信号发生器6接入电源线，同时将电源线插入工频电源插口。
步骤12：打开功率分析仪5，信号发生器6的开关，通过调节信号发生器的电压调节旋钮15，使得信号发生器的输出电压值U＝5V的正弦波。
步骤13：调节信号发生器的频率调节旋钮16。频率可由50Hz到频率上限，使得信号发生器的输出电压值U＝5V、频率为f的正弦波，输出电压、频率显示于显示屏17中。
步骤14：触摸功率分析仪5的功能按键19，从显示屏18中得到不同频率下的电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ。通过计算可以得到等效电阻R、等效电抗X、等效电感L。
等效电阻R、等效电抗X、等效电感L的计算公式如下：
步骤15：将计算所得等效电阻R、等效电抗X、等效电感L的数据绘图，设等效电阻R、等效电抗X、等效电感L为y轴，设频率为x轴。因等效电阻R表征为铁芯损耗，等效电感L表征为铁芯磁导率，所以可以得到铁芯的损耗和铁芯磁导率随频率升高而形成的变化趋势。
综上所述，首先对试验器件进行准备以及试验元件进行选型，随后搭建试验电路。当信号发生器输出电压值为U、频率为f的正弦波时，从功率分析仪中得到不同频率下的电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ，通过计算可以得到等效电阻R、等效电抗X、等效电感L。将计算所得等效电阻R、等效电抗X、等效电感L的数据绘图，因等效电阻R表征为铁芯损耗，等效电感L表征为铁芯磁导率，所以可以得到铁芯的损耗和铁芯磁导率随频率升高而形成的变化趋势。
显然，所描述的实施例仅是本发明一个实施例，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。
Claims (1)
1.一种干式电压互感器的铁芯频率特性测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：准备试验元件：干式电压互感器的铁芯、铁芯骨架、单股铜线、绝缘管、绝缘胶布、剪线钳、钳子、铜线鼻子、功率分析仪、信号发生器、信号采集线、电源线、导线；
步骤2：通过阅读铁芯的结构参数，得到铁芯的截面直径；选择铁芯骨架，要求其内直径要大于铁芯的截面直径，并将铁芯骨架安装于铁芯的一侧；
步骤3：选取高度一致的两个绝缘管放置于地上，并将铁芯放置于绝缘管之间，铁芯骨架悬空，将单股铜线首端1cm处放置于铁芯骨架的导线卡口，可靠固定，旋转铁芯骨架，缠绕数匝单股铜线；
步骤4：用绝缘胶布粘贴于绕组线圈表面，并将绕组线圈尾端固定，在绕组线圈尾端1cm处用剪线钳剪断；
步骤5：用剪线钳将绕组线圈首端、尾端预留1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线；
步骤6：将功率分析仪、信号发生器放置于实验桌上，并将信号采集线的连接端插入功率分析仪的电压、电流信号输入端口；
步骤7：选取长度合适的导线，用剪线钳将导线首端、尾端1cm铜线的绝缘表皮剪掉，用钳子将铜线鼻子接于去除绝缘表皮的铜线；
步骤8：将导线的一端接于信号发生器的正极性电压输出端口，导线的另一端与绕组线圈的一端、正电压信号采集线的钳子端口相连，用正电压信号采集线的钳子将导线一端的铜线鼻子和绕组线圈的铜线鼻子夹于一处；
步骤9：绕组线圈的另一端与正电流信号采集线的钳子端口和负电压信号采集线的钳子端口相连，用正电流信号采集线的钳子夹于绕组的另一端的铜线鼻子，负电压信号采集线的钳子夹于正电流信号采集线的钳子；
步骤10：将负电流信号采集线的钳子端口接于信号发生器的负极性电压输出端口；
步骤11：功率分析仪，信号发生器接入电源线，同时将电源线插入工频电源插口；
步骤12：打开功率分析仪，信号发生器的开关，通过调节信号发生器的电压调节旋钮，使得信号发生器的输出电压值U的正弦波；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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