CN204536519U - 一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于变压器剩磁检测领域，涉及一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，包括立式安装于实验台上的变压器以及与变压器的副边端口连接的数字示波器，变压器的原边端口与直流电源相连，在变压器上开设有用于固定屏蔽层的气隙；屏蔽层上设有开口，在该开口安插有霍尔探头；霍尔探头与高斯计连接，数字示波器与高斯计连接，数字示波器与上位机连接，本实用新型通过对变压器原边端口进行充磁，使变压器产生不同大小及方向的剩磁，通过高斯计读取变压器剩磁值，通过数字示波器将变压器整个磁化过程记录，并传递给上位机，本实用新型操作简单、可靠，能够用于评估某剩磁检测方法或理论的有效性，从而有助于实际中选用合适的剩磁检测法投入现场使用。

Description

一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台
技术领域
本实用新型属于变压器剩磁检测领域，尤其涉及一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台。
背景技术
在变压器发生故障二次投运前，须进行一系列的直流试验，所加激励通常会使铁芯进入磁滞饱和区从而在退磁后产生剩磁，这也是造成变压器剩磁的主要原因。剩磁会引起变压器重合闸时的暂态过电流，即励磁涌流，最大可达额定电流的6～8倍，可能导致差动保护误动作，线路跳闸甚至用电设备烧毁等后果。因此，实现变压器的剩磁检测进而为消磁提供依据对于维护电网的正常、稳定运行至关重要。
现阶段的变压器剩磁检测方法大致可归为三类：(1)运算模拟法，基于Stoner-Wolhfarth、Globus、Jiles-Atherton和Preisach等经典的铁磁滞模型，结合变压器掉电前工作点信息推导计算剩磁量；(2)电路提取法，该方法的基础是通过设计配置变压器原副边的激励与负载，然后经一定的数据处理得到剩磁值，包括积分电路、半波交流回路等设计；(3)磁滞特征法，主要是利用基本磁化曲线及主、次回环等各磁滞回线特征及它们的相互关系，施加特定激励，根据响应直接查出或算出剩磁值，包括斜率相似法、分段相似法及交流作差法等。此外，近年来还出现了漏磁漏感推算法等其他新式检测方法。
不论是采用交流消磁还是直流消磁，要想用最小能耗在短时间内消除剩磁，设计出最优的消磁波形，对剩磁值的测量精度都有较高要求。而运算模拟法中的模型误差、舍入误差，电路提取法中的器件容差、数据误差以及磁滞特征法中的相似性失真等都会影响剩磁值的测量结果，甚至导致某些情况下的结果失效。因此，有必要判定目前变压器各种剩磁检测方法的有效性，即判断其测量数据是否足够准确，检测值与剩磁真值之间的误差是否在允许范围之内。为此，需要建立一套针对变压器剩磁检测方法的评估平台，以便确定一种较为准确、有效的剩磁检测方法在实际中推广使用。
目前，国内尚缺乏关于变压器剩磁检测有效性评估的系统化方法及实验平台，这给实际中选择合适方法来检测剩磁带来不便。由于剩磁检测方法失效使检测数据有误或精度不高，导致其不能如实反映当前变压器铁芯内的剩磁状况，不利于重合闸时变压器遭遇励磁涌流的预警与诊断。因此，有必要开发相应的方法和设备，判断所用剩磁检测方法是否正确可靠，检测数据是否精确有效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种操作简单、可靠性高的用于评估变压器剩磁检测方法的平台。
为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为：包括立式安装于实验台上的变压器以及与变压器的副边端口连接的数字示波器，该变压器的原边端口与直流电源相连，在变压器上开设有用于固定屏蔽层的气隙；
所述的屏蔽层上设有开口，在该开口安插有用于采集变压器磁感应强度信号的霍尔探头；
所述的霍尔探头与高斯计连接，所述的数字示波器与高斯计连接，数字示波器与上位机连接。
所述的变压器采用环形变压器，该环形变压器的铁芯采用型号为35Q155硅钢材料，所述的环形变压器截面为矩形，外径为D＝100mm，内径为d＝50mm，高度为h＝32mm，所开设的气隙宽度为lg＝1mm；
所述的变压器的功率等级为S＝8VA，原边端口额定电压为U1＝220V，副边端口额定电压为U2＝20V，原边端口绕组匝数为N1＝772匝，副边端口匝数为N2＝74匝。
所述的霍尔探头采用型号为MCHD801F高精度横向探头，该霍尔探头的长度为4cm，厚度为0.8mm，宽度为2mm，有源区直径为0.15mm。
所述的高斯计采用型号为CH-1600型全数字台式高斯计；
所述的数字示波器型号为Gwinstek GDS-3254四通道示波器；
所述的上位机为基于Windows操作系统或linux操作系统的上位机。
所述的屏蔽层通过单层的23ZH100硅钢材料制成，该屏蔽层呈带有开口的矩形框，且屏蔽层的壁厚为T＝0.23mm，长边为50mm，宽边为32mm，开口2.5mm，高度0.9mm。
所述的屏蔽层通过焊接固定于变压器的气隙中。
所述的数字示波器通过RS232通信与上位机连接。
所述的直流电源输出的直流电流Is≥2.05A。
所述的变压器的副边端口通过RC积分器连接至数字示波器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过对变压器原边端口进行充磁，使变压器产生不同大小及方向的剩磁，通过高斯计读取变压器剩磁准确值，并将读取的剩磁准确值与现有变压器剩磁检测方法得到的剩磁值进行比较，得剩磁检测结果的相对误差，当该相对误差小于误差容许值时，则现有变压器剩磁检测方法有效，本实用新型通过数字示波器将变压器铁芯的整个磁化过程记录传递给上位机，本实用新型操作简单、可靠，能够用于评估某剩磁检测方法或理论的有效性，从而有助于实际中选用合适的剩磁检测法投入现场使用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的环形变压器结构示意图；
图3为本实用新型的屏蔽层结构示意图；
其中，1—变压器，2—屏蔽层，3—霍尔探头，4—高斯计，5—上位机，6—数字示波器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明：
参见图1至图3，本实用新型包括立式安装于实验台上的变压器1以及与变压器1的副边端口通过RC积分器连接至数字示波器6，该变压器1的原边端口与直流电源相连，直流电源输出的直流电流Is≥2.05A，在变压器1上开设有用于固定屏蔽层2的气隙，该气隙截面与实验台水平面平行，该屏蔽层2通过焊接固定在变压器1的气隙中；
屏蔽层2通过单层的23ZH100硅钢材料制成，该屏蔽层2呈带有开口的矩形框，且屏蔽层2的壁厚为T＝0.23mm，长边为50mm，宽边为32mm，开口2.5mm，高度0.9mm，在该开口安插有用于采集变压器1磁感应强度信号的霍尔探头3；
霍尔探头3与高斯计4连接，数字示波器6的探头连接至高斯计4后面板的模拟电压输出BNC接口处，数字示波器6通过RS232通信与上位机5连接。
本实用新型的变压器1采用环形变压器，该环形变压器的铁芯采用型号为35Q155硅钢材料，环形变压器截面为矩形，外径为D＝100mm，内径为d＝50mm，高度为h＝32mm，所开设的气隙宽度为lg＝1mm；
变压器1功率等级为S＝8VA，原边端口额定电压为U1＝220V，副边端口额定电压为U2＝20V，原边端口绕组匝数为N1＝772匝，副边端口匝数为N2＝74匝，直流饱和充磁电流为Is＝2.05A。
本实用新型的霍尔探头3采用型号为MCHD801F高精度横向探头，该霍尔探头3的长度为4cm，厚度为0.8mm，宽度为2mm，有源区直径为0.15mm。
本实用新型的高斯计4采用型号为CH-1600型全数字台式高斯计；其量程为0.1G—30KG，分辨率0.1mG，数显模式可测磁场频率范围直流或交流(有效值)2Hz—50Hz，温度系数为±(0.02％±1count)℃，自带模拟输出功能，输出电压为±3V F.S.，正比于磁感应强度值，连接器为标准BNC接头。
数字示波器型号为Gwinstek GDS-3254四通道示波器，其对0-150MHz的电压信号最小分辨率为1/3mV，实时采样率为5GSa/s，等效取样率最高100GSa/s，记录长度为25k个点，所述的上位机5为基于Windows 7操作系统或者linux操作系统计算机。
本实用新型的工作过程：
第一步，变压器充磁。设初始时刻变压器1内无剩磁，将高斯计4读数归零，然后采用直流电源输出不小于Is＝2.05A的直流电流到变压器1的原边端口AB，并在回路中串入表面涂覆润滑剂的用于测量电流的霍尔探头连至数字示波器6监测充磁电流，变压器1的副边端口CD输出至RC积分器后连至数字示波器6，待测得积分器输出电压Uout稳定后，记录下Uout及充磁电流值Iin，则可得出此时磁感应强度Bo＝RCUout/(0.5N2(D-d)h)，磁场强度Ho＝N1Iin/(0.5π(D+d))，从而确定初始退磁点为Dm(Bo,Ho)。
第二步，变压器退磁及剩磁准确值的确定。切断接入原边端口AB处的直流充磁电源，待高斯计4示值几乎不变时，记录下此时的高斯计4的读数Br*即为直接测量下的剩磁准确值。
第三步，基于改进Jiles-Atherton模型的剩磁值推算。考虑涡流损耗及温度等影响因素，可得到改进的Jiles-Atherton磁滞模型将可描绘出各种工况下的退磁曲线，结合第一步中的初始退磁点Dm(Bo,Ho)，可以直接查得剩磁值Br，即为基于该方法的剩磁检测结果。
第四步，判定剩磁检测方法的有效性。根据第二、三步中所得结果，计算剩磁检测结果的相对误差δ＝|Br-Br*|/Br*×100％，若此相对误差δ≤λ(λ为规定的误差容许值)，则可判定该剩磁检测方法有效，否则，该剩磁检测方法失效。另外，由于高斯计4的模拟输出及数字示波器6的电流探针测量分别对应于B和H，变压器铁芯的整个磁化过程实际可由数字示波器6记录并实时传输给上位机5，故此实例中，还可进一步得到改进Jiles-Atherton模型退磁曲线上其余各点的相对误差，以便完善该剩磁检测方法。

Claims (9)

1.一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：包括立式安装于实验台上的变压器(1)以及与变压器(1)的副边端口连接的数字示波器(6)，该变压器(1)的原边端口与直流电源相连，在变压器(1)上开设有用于固定屏蔽层(2)的气隙；
所述的屏蔽层(2)上设有开口，在该开口安插有用于采集变压器(1)磁感应强度信号的霍尔探头(3)；
所述的霍尔探头(3)与高斯计(4)连接，所述的数字示波器(6)与高斯计(4)连接，数字示波器(6)与上位机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的变压器(1)采用环形变压器，该环形变压器的铁芯采用型号为35Q155硅钢材料，所述的环形变压器截面为矩形，外径为D＝100mm，内径为d＝50mm，高度为h＝32mm，所开设的气隙宽度为lg＝1mm；
所述的变压器(1)的功率等级为S＝8VA，原边端口额定电压为U1＝220V，副边端口额定电压为U2＝20V，原边端口绕组匝数为N1＝772匝，副边端口匝数为N2＝74匝。
3.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的霍尔探头(3)采用型号为MCHD801F高精度横向探头，该霍尔探头(3)的长度为4cm，厚度为0.8mm，宽度为2mm，有源区直径为0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的高斯计(4)采用型号为CH-1600型全数字台式高斯计；
所述的数字示波器(6)型号为Gwinstek GDS-3254四通道示波器；
所述的上位机(5)为基于Windows操作系统或linux操作系统的上位机。
5.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的屏蔽层(2)通过单层的23ZH100硅钢材料制成，该屏蔽层(2)呈带有开口的矩形框，且屏蔽层(2)的壁厚为T＝0.23mm，长边为50mm，宽边为32mm，开口2.5mm，高度0.9mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的屏蔽层(2)通过焊接固定于变压器(1)的气隙中。
7.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的数字示波器(6)通过RS232通信与上位机(5)连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的直流电源输出的直流电流Is≥2.05A。
9.根据权利要求1所述的一种用于评估变压器剩磁检测方法的平台，其特征在于：所述的变压器(1)的副边端口通过RC积分器连接至数字示波器(6)。
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