專利名稱：一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，適用于電網中在變壓器檢修后，空投前其剩余磁感應強度量的檢測，屬于變電設備的運行維護領域。
背景技術：
隨著我國工業經濟的快速發展，對電力需求高速增長，電力可靠供應的要求也日益增加。電力變壓器是組成電網的重要元件之一，在電網的安全可靠供電有極其重要的作用。然而，近年來國內外發生多起空投變壓器導致變壓器跳閘及色譜出現異常的案例，影響電網供電的可靠性，導致巨大的經濟損失和不良的社會效益。磁滯現象是在鐵磁性材料中是被廣泛認知的。當外加磁場施加于鐵磁性物質時，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當外加場被撤離，部分排列仍保持，即如果此時磁場線性降低到0場強時，此時磁感應強度B不會降至0，此時B值成為剩磁。變壓器的鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線是該材料的重要特性，變壓器的鐵芯剩余磁感應強度，對變壓器有多方面的影響，當變壓器投人運行時鐵芯剩余磁感應強度使變壓器鐵芯飽和，在勵磁電流中產生大量諧波，這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能引起繼電保護裝置誤動作，在國內外均發生過多次因變壓器剩磁導致主變跳閘的案例。另外，鐵芯的高度飽和使漏磁增加，引起金屬結構件和油箱過熱，局部過熱將使絕緣紙老化并使變壓器油分解，影響變壓器的壽命。近幾年，國內外發生了多起空投變壓器發生跳閘及色譜數據異常的情況，原因為鐵芯剩磁所導致。因此，變壓器鐵芯剩磁問題已經引起國內外的重視。國內外使用消磁的方法有直流和交流兩種方法，資料顯示，無論采用何種退磁方法，均不能保證一次退磁就可以完全消除變壓器鐵芯的剩磁，所以工程應用中需要對各種退磁效果進行驗證，但是目前缺乏有效手段對變壓器去磁效果進行檢驗，即對變壓器鐵芯退磁后，無法確定其鐵芯剩余磁感應強度量，因此尋找一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，達到考核消磁效果，進而保證變壓器的安全穩定運行顯得非常有必要。

發明內容
本發明主要是針對變壓器鐵芯剩余磁感應強度測量困難的問題，提出了一種鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，該方法可以測量變壓器檢修前后，其鐵芯的剩余磁感應強度，同時也檢驗利用退磁設備對變壓器進行退磁后，其退磁效果是否達到退磁要求，從而避免空投變壓器時，對設備產生的損害。本發明主體思想是在變壓器上通入一個交流電流源，因為鐵芯磁場強度H與勵磁電流i。呈線性關系，因此通過勵磁電流i。可以計算出磁場強度H ;同理，磁感應強度B可以通過感應電動勢e計算而得,在通入正弦交流電流時,感應電動勢e是可以通過多次諧波的多項式表示的，因此可以通過頻譜分析，進而確定感應電動勢e的各次諧波含量，確定擬合e的多項式，以此來確定擬合B的多項式；最后利用優化算法對變壓器初始狀態下鐵芯剩余磁感應強度的擬合，因此可以測量最后求解出在電流為O時，鐵芯剩余磁感應強度量B的大小，以此確定鐵芯的剩余磁感應強度量。技術方案，在變壓器的高壓側施加正弦交流電流源，應用示波器采集高壓側注入的電流及其兩端的電壓信號；將一次繞組注入需要的電流值，做一停頓，利用示波器記錄該點的電流和電壓波形，在記錄完第一點后，可以利用頻譜分析技術對所采集的電壓波形進行頻譜分析，分析電壓波形中各次諧波的含量，根據分析結果確定剩余磁感應強度B的擬合多項式的階數，根據多項式的階數，確定多項式中的未知數的數目，并以此來確定需要記錄的電壓波形的數量；根據所需測量電壓波形的點數確定注入一次繞組電流增加的幅值，以固定幅度的逐步增加注入變壓器一次繞組的電流值，當每次升至需要的電流值時，記錄電流電壓波形，以此類推，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至0，然后斷開電流源；最后，利用優化算法，根據已測量點的數據對已確定的B的多項式進行擬合，進而反推出在t=0時，鐵芯剩余磁感應強度量B的值。本發明的實施步驟如下第一步，在變壓器高壓側施加電流源，將電流升至一值，測量該點的電流電壓波形；第二步，通過頻譜分析儀，分析電壓波形的諧波含量，根據分析結果確定剩余磁感應強度B的多項式階數，根據B的多項式階數，確定多項式中未知數的個數，以此來確定需要記錄電壓波形的點數及電流的增加幅度；第三步，根據確定的電流增加幅度，逐步增加注入變壓器的電流值，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至0，然后斷開電流源；第四步，利用優化算法，帶入已測量的數據，對變壓器的B值公式進行辨識，進一 步反推出在t=0時刻的B值。本發明所述的第二步確定B的擬合多項式階數的方法是在通入勵磁電流Itl正弦量的情況下，交變磁場強度H可表示H=Hmsin t ;此時B
可表不為
B(t) = B0 + B1 sin(tfrf + (P1) + B2 sin(2o^ + (P7) + B3 sin(3紐 + 爐3) + ..(I)又因為W所以可根據測試電壓波形的頻譜分析，確定擬合剩余磁感
應強度B階數，為進行第三步和第四步確定依據。本發明所述的第四步確定推算B值的方法是因為&/，所以可以根據測量出的感應電動勢e，求出不同測量點時B的
值。根據第二步所確定的B值的擬合多項式，利用優化算法對式(I)進行辨識，辨識出Btl,B1, B2, B3,…及釣，V2 >抑 等值，此組參數辨識出來后，可以反推出t=0時刻時，磁感應強度B的值，進一步推導出鐵芯的剩余磁感應強度量。本發明的有益效果是，解決了變壓器鐵芯剩余磁感應強度不可測的問題，利用數學的優化算法及反推方法測量鐵芯剩余磁感應強度，可以廣泛應用于去磁設備去磁后其去磁效果檢驗，對變壓器安全穩定運行具有十分重要的意義。


圖I為本發明的測量原理圖；圖2為本發明的所述方法的流程圖。圖中標號為1.交流電 流源；2.示波器；3.電流探頭；4.電壓探頭；5.變壓器。
具體實施例方式本發明的實施步驟如下第一步，在變壓器高壓側施加電流源，將電流升至一值，測量該點的電流電壓波形；第二步，通過頻譜分析儀，分析電壓波形的諧波含量，根據分析結果確定剩余磁感應強度B的多項式階數，根據B的多項式階數，確定多項式中未知數的個數，以此來確定需要記錄電壓波形的點數及電流的增加幅度；第三步，根據確定的電流增加幅度，逐步增加注入變壓器的電流值，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至0，然后斷開電流源第四步，利用優化算法，帶入已測量的數據，對變壓器的B值公式進行辨識，進一步反推出在t=0時刻的B值。本發明所述的第二步確定B的擬合多項式階數的方法是在通入勵磁電流Itl正弦量的情況下，交變磁場強度H可表示H=Hmsin co t ;此時B
可表不為
B(/) = Bt, + Bx sin(A)/ + <.n,x) + H1 sin(2f/)/ + (P1) + B- sin(3ry/ + 濟)+...(I)又因為《 =〃，所以可根據測試電壓波形的頻譜分析，確定擬合剩余磁感
應強度B階數，為進行第三步和第四步確定依據。本發明所述的第四步確定推算B值的方法是因為K = J"，所以可以根據測量出的感應電動勢e，求出不同測量點時B的
值。根據第二步所確定的B值的擬合多項式，利用優化算法對式(I)進行辨識，辨識出Btl,B1,B2,B3,…及奶，朽，％…等值，此組參數辨識出來后，可以反推出t=0時刻時，磁感應強度B的值，進一步推導出鐵芯的剩余磁感應強度量。如圖I、圖2所示，在變壓器的一次繞組通入一個交流電流源，同時在回路中安裝電流探頭，在一次繞組兩端安裝電壓探頭，通過探頭將電流電壓信號接入示波器，以此來測量一次繞組中的電流電壓波形。其工作原理為在交流磁化條件下，B和H是時間t的十分復雜的周期性函數，電源的輸出為正弦的B和正弦的H的數值不同，波形也完全不同。在通入交流電流源時，勵磁電流Itl為正弦量，因為H和Itl成線性關系，所以交變磁場強度H可表示H=HmSin t，而磁感應強度B是時間的復雜函數，但是B(t)仍是時間t的周期函數，因此可以按照傅氏函數展開為
B(t) =B0 + Bi sin(fc)/ + (P1) + IL sin(2w/ + <p2) + B3sin(3w/ + <p3) +...Cl)式中Bi，B2, B3,…分別代表基波分量、二次諧波分量、三次諧波分量及其他高次
諧波分量。因為if = ^ , =ecJt，式中io :勵磁電流，I :平均磁路長度；e :感應電動
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勢；S :樣品的橫截面積A :磁化繞組匝數。所以，可以通過測量回路的電流L和感應電動勢e來分別反映磁場強度H和磁感應強度B。該方法的流程圖如圖2所示，首先根據被試變壓器的情況，在變壓器高壓側施加電流源，將電流升至一值，測量該點的電流電壓波形；通過頻譜分析儀，分析電壓波形的諧波含量，根據分析結果確定剩余磁感應強度B的多項式階數，根據B的多項式階數，確定多項式中未知數的個數，以此來確定需要記錄電壓波形的點數及電流的增加幅度；根據確定的電流增加幅度，逐步增加注入變壓器的電流值，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至O，然后斷開電流源；針對已測的電壓e，可以計算出B (t)值，利用優化算法對式(I)進行辨識,辨識出B。，B1，B2，B3，…及約，V2， 等值，此組參數辨識出來后，可以反推出t=0時刻時，磁感應強度B的值，進一步推導出鐵芯的剩余磁感應強度量。權利要求
1.一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，其特征在于，所述測量方法包括如下步驟 第一步，在變壓器高壓側施加電流源，將電流升至一值，測量該點的電流電壓波形；第二步，通過頻譜分析儀，分析電壓波形的諧波含量，根據分析結果確定剩余磁感應強度B的多項式階數，根據B的多項式階數，確定多項式中未知數的個數，以此來確定需要記錄電壓波形的點數及電流的增加幅度； 第三步，根據確定的電流增加幅度，逐步增加注入變壓器的電流值，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至O，然后斷開電流源； 第四步，利用優化算法，帶入已測量的數據，對變壓器的B值公式進行辨識，進一步反推出在t=0時刻的B值。
2.如權利要求I所述的一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，其特征在于，所述的第二步確定B的擬合多項式階數的方法是 在通入勵磁電流i。正弦量的情況下，交變磁場強度H可表示H=HmSin t ;此時B可表示為"{/) = Zi0 + /^1 sin(c^ + g\)+ B1 sm(2tot + (P1) + /i sin(:W + 識3) + ...(I)又因為5 = J"—，所以可根據測試電壓波形的頻譜分析，確定擬合剩余磁感應強度B階數，為進行第三步和第四步確定依據。
3.如權利要求I所述的一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，其特征在于，所述的第四步確定推算B值的方法是因為S = J"—，所以可以根據測量出的感應電動勢e，求出不同測量點時B的值。根據第二步所確定的B值的擬合多項式，利用優化算法對式(I)進行辨識，辨識出B3,…及^ 灼，％…等值，此組參數辨識出來后，可以反推出t=0時刻時，磁感應強度B的值，進一5推導出鐵芯的剩余磁感應強度量。
全文摘要
一種變壓器鐵芯剩余磁感應強度的測量方法，本發明包括如下步驟第一步，在變壓器高壓側施加電流源，將電流升至一值，測量該點的電流電壓波形；第二步，確定需要記錄電壓波形的點數及電流的增加幅度；第三步，根據確定的電流增加幅度，逐步增加注入變壓器的電流值，記錄完所有需要點的電流與電壓值后，可以降低輸入電流值至0，然后斷開電流源；第四步，利用優化算法，帶入已測量的數據，對變壓器的B值公式進行辨識，進一步反推出在t=0時刻的B值。本發明的有益效果是，可以廣泛應用于去磁設備去磁后其去磁效果檢驗，對變壓器安全穩定運行具有十分重要的意義。
文檔編號G01R33/02GK102749595SQ20121023557
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者徐肖偉, 王景林, 王耀龍, 鄒德旭, 錢國超 申請人:云南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院, 云南電網公司技術分公司