本發(fā)明涉及變壓器試驗及運行領域，尤其是涉及一種變壓器鐵芯剩磁的測量方法。

背景技術：

變壓器依靠電磁感應作用運行，以磁場作為耦合場。變壓器鐵芯一般選用磁導率較高的鐵磁材料，比如硅鋼片。鐵磁材料的磁導率是非線性的，其數(shù)值隨著磁場強度的變化而變化。鐵磁材料之所以有高導磁性能，是由于鐵磁材料內(nèi)部存在著很多很小、有確定磁極性且具有很強磁化強度的磁疇，如圖1所示。在外界磁場作用下，磁疇沿外磁場方向重新有規(guī)則排列，從而實際產(chǎn)生的磁場要比非鐵磁材料中的磁場大得多。

磁疇的極化需要經(jīng)歷一個過程，因此在磁化過程中，鐵磁材料中的磁感應強度B的變化滯后于外磁場強度H的變化，即磁滯現(xiàn)象。在交變外磁場下，鐵芯磁感應強度B隨著外磁場強度H的變化曲線成為磁滯回線。用不同的Bm值可測出不同的磁滯回線，將所有磁滯回線在第I象限的頂點連接起來，得到的磁化曲線叫做基本磁化曲線，如圖2所示。由于大多數(shù)鐵磁材料的磁滯回線都很窄，因此，在工程應用中，可用基本磁化曲線代替磁滯回線解決問題，其誤差為工程所允許。

變壓器切斷電源以后，在鐵芯中保留的磁鏈稱為剩磁。剩磁會增大主變合閘時的勵磁涌流，增大勵磁電流中的諧波，增加變壓器功耗，還可能引起繼電保護誤動作，對主變的運行造成不利影響，同時，剩磁還可能使后續(xù)試驗結果異常。

剩磁的產(chǎn)生途徑主要是直流電阻試驗，其剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強度和時間。在變壓器直阻試驗中，為提高測量精度、縮短測量時間，通常用大電流測試儀器，超過勵磁電流，使鐵芯飽和，會產(chǎn)生嚴重剩磁。另外，在空載變壓器分閘時也會產(chǎn)生剩磁，但目前主變鐵芯均采用軟磁材料，剩磁量較少，相應危害也比較小。

為了保證后續(xù)試驗的準確和主變運行安全，要求做過直流電阻試驗之后對主變進行消磁，但消磁效果無法檢查。后續(xù)低電壓空載試驗中，常出現(xiàn)試驗結果常與出廠試驗不一致的情況，不能真實反映變壓器內(nèi)部狀態(tài)。需要現(xiàn)場進行二次消磁，增加試驗工作量和工作時間。另外，在超高壓主變合閘試驗中，也出現(xiàn)過由于鐵芯剩磁的影響，導致主變勵磁涌流過大，觸發(fā)主變重瓦斯保護動作的事情發(fā)生。

綜上可知，主變剩磁量的測量技術對主變試驗和安全運行有著重要意義。綜合目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，目前對于主變剩磁的研究集中消磁技術，對于剩磁的測量涉及較少。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種簡便可行的變壓器鐵芯剩磁的測量方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種變壓器鐵芯剩磁的測量方法，該方法包括以下步驟：

1)獲取變壓器鐵芯的磁化曲線，該磁化曲線揭示空載電流的直流分量與鐵芯剩磁的關系；

2)在變壓器繞組上加載380V交流試驗電壓，測量獲得空載電流；

3)獲得所述空載電流的直流分量；

4)根據(jù)所述磁化曲線和直流分量獲得鐵芯剩磁。

所述變壓器鐵芯的磁化曲線由主變空載特性曲線轉換而成。

將主變空載特性曲線轉換為變壓器鐵芯的磁化曲線時，設定如下假設：

a)忽略鐵芯中的磁滯和渦流損耗；

b)忽略繞組電阻；

c)逐點形成磁化曲線。

所述形成磁化曲線過程中，通過梯形積分法計算磁化曲線中各點的電流值。

所述步驟3)中，通過對所述空載電流進行FFT分解，獲得直流分量，并通過以下公式獲得直流分量標幺值：

式中，I_dc為實測的空載電流的直流分量，為直流分量標幺值，I₀為主變的額定電流的有效值。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過研究空載電流與鐵芯剩磁的關系，提出簡便可行的變壓器鐵芯剩磁的測量方法。

(2)本發(fā)明可以定量測定主變鐵芯的剩磁量，以指導主變鐵芯剩磁的消磁方案的制定，評估消磁效果，為主變試驗和運行提供技術支撐。

(3)本發(fā)明可以對鐵芯剩磁量進行有效測量，方便消磁效果的檢查，從而提高主變運行的安全性。

附圖說明

圖1為鐵磁材料中的磁疇示意圖，其中，(1a)為磁化前示意圖，(1b)為完全磁化后示意圖；

圖2為鐵磁材料中的磁滯回線和基本磁化曲線，其中，(2a)為磁滯回線，(2b)基本磁化曲線；

圖3為鐵芯磁化曲線示意圖；

圖4為有剩磁情況下空載電流示意圖；

圖5為鐵芯磁化曲線與空載電流直流分量和剩磁曲線的關系比較示意圖；

圖6為本發(fā)明的流程示意圖；

圖7為小電壓下變壓器空載電流波形示意圖，其中，(7a)為Br＝-25(低壓非線性區(qū))時的波形圖，(7b)為Br＝-100(低壓非線性區(qū))時的波形圖，(7c)為Br＝-495.17(低壓非線性區(qū))時的波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

變壓器典型的基本磁化曲線如圖3所示，可分為三部分：低壓非線性區(qū)、線性區(qū)、高壓非線性區(qū)。在沒有剩磁情況下，現(xiàn)場開展低電壓空載試驗時，鐵芯多工作在低壓非線性區(qū)。若鐵芯中有剩磁，在繞組上加載低電壓的試驗電壓，鐵芯中的磁感應強度與剩余磁感應強度疊加，鐵芯中的磁感應強度就會出現(xiàn)偏置，相應的，空載電流也會出現(xiàn)直流偏置，如圖4所示。因此，空載電流中的直流分量是鐵芯中剩磁量的直接反應，測量小電壓下的空載電流，可間接測量鐵芯剩磁。

從原理上，小電壓小的空載電流中的直流分量與鐵芯剩磁量遵守該變壓器的基本磁化曲線約束，即鐵芯剩磁量與空載電流中的直流分量是一一對應的。

為驗證這一對應關系，以某110kV主變繞組為例，應用EMTP建立仿真模型，在鐵芯上加載380V正弦電壓，計算在不同鐵芯剩磁量下的空載電流，并應用傅里葉分析，計算出空載電流中的直流分量。計算結果如表1-2所示，表中，電流的基準值為主變額定電壓下的空載電流值(1.78A)，磁通的基準值為額定電壓下的磁通量(495.17Wb)。鐵芯中磁感應強度分別在低壓非線性區(qū)、線性區(qū)以及高壓非線性區(qū)時，空載電流波形分別如圖5所示。

可見，小電壓下的空載電流中的直流分量與鐵芯剩磁量的對應關于與該變壓器的基本磁化曲線基本一致。

實際上，試驗及運行人員只能從變壓器出廠試驗報告中得知主變空載特性，由于變壓器的雜散電容影響，其與鐵芯的勵磁曲線存在一定的誤差，但誤差在工程允許范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，應用主變空載特性曲線替代鐵芯基本磁化曲線。

如圖6所示，本發(fā)明的變壓器鐵芯剩磁的測量方法包括以下步驟：

1)獲取主變空載特性曲線，將其轉換為變壓器鐵芯的磁化曲線，該磁化曲線揭示空載電流的直流分量與鐵芯剩磁的關系；

2)在變壓器繞組上加載380V交流試驗電壓，測量獲得空載電流；

3)通過對所述空載電流進行FFT分解，獲得直流分量；

該方法中，直流分量采用標幺值形式記錄，通過以下公式獲?。?/p>

式中，I_dc為實測主變空載電流的直流分量，為主變空載電流直流分量的標幺值，I₀為主變的額定電流的有效值；

4)根據(jù)所述磁化曲線和直流分量獲得鐵芯剩磁。

利用小電壓下的空載電流測量剩磁測量的關鍵在于變壓器空載特性轉換成基本磁化曲線的準確度。在轉換過程中，做以下假設：

1、忽略鐵芯中的磁滯和渦流損耗；

2、忽略繞組電阻；

3、逐點形成磁化曲線。

電力系統(tǒng)中的電壓可看成理想電壓源，即標準正弦電壓，因此鐵芯磁通量為：

(該公式中，u_rms、ω分別表示什么？)

式中，u_rms為系統(tǒng)電壓有效值，ω為系統(tǒng)電壓角頻率，ω＝2πf，f為系統(tǒng)電壓頻率，在我國f＝50Hz。

電流轉換比較復雜，在轉換過程中，選取第一個點為參考點，參考點以下部分認為是線性區(qū)域。

參考點在磁化曲線中的電流值見下式

式中，i_rms,1為電流轉換中，第一個點即參考點的電流有效值。

其余各點均遞推求得。假設i_n為下一個待求的值，進而假設正弦磁鏈正好在最大值達到φ_n。電流曲線采用分段線性法，各已知點均已確定，只有最后一段因i_n未知不確定。則用積分法計算i_n的有效值：

利用梯形積分法，可計算

式中，a、b分別為梯形積分法的常系數(shù)，可根據(jù)主變磁化曲線計算所得。

另有，I_n＝i_rms,n

則可求出磁化曲線中第n點的電流值i_n，從而逐點形成磁化曲線。