专利名称：一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，适用于电网中在变压器检修后，空投前其剩余磁感应强度量的检测，属于变电设备的运行维护领域。
背景技术：
随着我国工业经济的快速发展，对电力需求高速增长，电力可靠供应的要求也日益增加。电力变压器是组成电网的重要元件之一，在电网的安全可靠供电有极其重要的作用。然而，近年来国内外发生多起空投变压器导致变压器跳闸及色谱出现异常的案例，影响电网供电的可靠性，导致巨大的经济损失和不良的社会效益。磁滞现象是在铁磁性材料中是被广泛认知的。当外加磁场施加于铁磁性物质时，其原子的偶极子按照外加场自行排列。即使当外加场被撤离，部分排列仍保持，即如果此时磁场线性降低到0场强时，此时磁感应强度B不会降至0，此时B值成为剩磁。变压器的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性，变压器的铁芯剩余磁感应强度，对变压器有多方面的影响，当变压器投人运行时铁芯剩余磁感应强度使变压器铁芯饱和，在励磁电流中产生大量谐波，这不仅增加了变压器的无功消耗，而且可能引起继电保护装置误动作，在国内外均发生过多次因变压器剩磁导致主变跳闸的案例。另外，铁芯的高度饱和使漏磁增加，引起金属结构件和油箱过热，局部过热将使绝缘纸老化并使变压器油分解，影响变压器的寿命。近几年，国内外发生了多起空投变压器发生跳闸及色谱数据异常的情况，原因为铁芯剩磁所导致。因此，变压器铁芯剩磁问题已经引起国内外的重视。国内外使用消磁的方法有直流和交流两种方法，资料显示，无论采用何种退磁方法，均不能保证一次退磁就可以完全消除变压器铁芯的剩磁，所以工程应用中需要对各种退磁效果进行验证，但是目前缺乏有效手段对变压器去磁效果进行检验，即对变压器铁芯退磁后，无法确定其铁芯剩余磁感应强度量，因此寻找一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，达到考核消磁效果，进而保证变压器的安全稳定运行显得非常有必要。

发明内容
本发明主要是针对变压器铁芯剩余磁感应强度测量困难的问题，提出了一种铁芯剩余磁感应强度的测量方法，该方法可以测量变压器检修前后，其铁芯的剩余磁感应强度，同时也检验利用退磁设备对变压器进行退磁后，其退磁效果是否达到退磁要求，从而避免空投变压器时，对设备产生的损害。本发明主体思想是在变压器上通入一个交流电流源，因为铁芯磁场强度H与励磁电流i。呈线性关系，因此通过励磁电流i。可以计算出磁场强度H ;同理，磁感应强度B可以通过感应电动势e计算而得,在通入正弦交流电流时,感应电动势e是可以通过多次谐波的多项式表示的，因此可以通过频谱分析，进而确定感应电动势e的各次谐波含量，确定拟合e的多项式，以此来确定拟合B的多项式；最后利用优化算法对变压器初始状态下铁芯剩余磁感应强度的拟合，因此可以测量最后求解出在电流为O时，铁芯剩余磁感应强度量B的大小，以此确定铁芯的剩余磁感应强度量。技术方案，在变压器的高压侧施加正弦交流电流源，应用示波器采集高压侧注入的电流及其两端的电压信号；将一次绕组注入需要的电流值，做一停顿，利用示波器记录该点的电流和电压波形，在记录完第一点后，可以利用频谱分析技术对所采集的电压波形进行频谱分析，分析电压波形中各次谐波的含量，根据分析结果确定剩余磁感应强度B的拟合多项式的阶数，根据多项式的阶数，确定多项式中的未知数的数目，并以此来确定需要记录的电压波形的数量；根据所需测量电压波形的点数确定注入一次绕组电流增加的幅值，以固定幅度的逐步增加注入变压器一次绕组的电流值，当每次升至需要的电流值时，记录电流电压波形，以此类推，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至0，然后断开电流源；最后，利用优化算法，根据已测量点的数据对已确定的B的多项式进行拟合，进而反推出在t=0时，铁芯剩余磁感应强度量B的值。本发明的实施步骤如下第一步，在变压器高压侧施加电流源，将电流升至一值，测量该点的电流电压波形；第二步，通过频谱分析仪，分析电压波形的谐波含量，根据分析结果确定剩余磁感应强度B的多项式阶数，根据B的多项式阶数，确定多项式中未知数的个数，以此来确定需要记录电压波形的点数及电流的增加幅度；第三步，根据确定的电流增加幅度，逐步增加注入变压器的电流值，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至0，然后断开电流源；第四步，利用优化算法，带入已测量的数据，对变压器的B值公式进行辨识，进一 步反推出在t=0时刻的B值。本发明所述的第二步确定B的拟合多项式阶数的方法是在通入励磁电流Itl正弦量的情况下，交变磁场强度H可表示H=Hmsin t ;此时B
可表不为
B(t) = B0 + B1 sin(tfrf + (P1) + B2 sin(2o^ + (P7) + B3 sin(3紐 + 炉3) + ..(I)又因为W所以可根据测试电压波形的频谱分析，确定拟合剩余磁感
应强度B阶数，为进行第三步和第四步确定依据。本发明所述的第四步确定推算B值的方法是因为&/，所以可以根据测量出的感应电动势e，求出不同测量点时B的
值。根据第二步所确定的B值的拟合多项式，利用优化算法对式(I)进行辨识，辨识出Btl,B1, B2, B3,…及釣，V2 >抑 等值，此组参数辨识出来后，可以反推出t=0时刻时，磁感应强度B的值，进一步推导出铁芯的剩余磁感应强度量。本发明的有益效果是，解决了变压器铁芯剩余磁感应强度不可测的问题，利用数学的优化算法及反推方法测量铁芯剩余磁感应强度，可以广泛应用于去磁设备去磁后其去磁效果检验，对变压器安全稳定运行具有十分重要的意义。


图I为本发明的测量原理图；图2为本发明的所述方法的流程图。图中标号为1.交流电 流源；2.示波器；3.电流探头；4.电压探头；5.变压器。
具体实施例方式本发明的实施步骤如下第一步，在变压器高压侧施加电流源，将电流升至一值，测量该点的电流电压波形；第二步，通过频谱分析仪，分析电压波形的谐波含量，根据分析结果确定剩余磁感应强度B的多项式阶数，根据B的多项式阶数，确定多项式中未知数的个数，以此来确定需要记录电压波形的点数及电流的增加幅度；第三步，根据确定的电流增加幅度，逐步增加注入变压器的电流值，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至0，然后断开电流源第四步，利用优化算法，带入已测量的数据，对变压器的B值公式进行辨识，进一步反推出在t=0时刻的B值。本发明所述的第二步确定B的拟合多项式阶数的方法是在通入励磁电流Itl正弦量的情况下，交变磁场强度H可表示H=Hmsin co t ;此时B
可表不为
B(/) = Bt, + Bx sin(A)/ + <.n,x) + H1 sin(2f/)/ + (P1) + B- sin(3ry/ + 济)+...(I)又因为《 =〃，所以可根据测试电压波形的频谱分析，确定拟合剩余磁感
应强度B阶数，为进行第三步和第四步确定依据。本发明所述的第四步确定推算B值的方法是因为K = J"，所以可以根据测量出的感应电动势e，求出不同测量点时B的
值。根据第二步所确定的B值的拟合多项式，利用优化算法对式(I)进行辨识，辨识出Btl,B1,B2,B3,…及奶，朽，％…等值，此组参数辨识出来后，可以反推出t=0时刻时，磁感应强度B的值，进一步推导出铁芯的剩余磁感应强度量。如图I、图2所示，在变压器的一次绕组通入一个交流电流源，同时在回路中安装电流探头，在一次绕组两端安装电压探头，通过探头将电流电压信号接入示波器，以此来测量一次绕组中的电流电压波形。其工作原理为在交流磁化条件下，B和H是时间t的十分复杂的周期性函数，电源的输出为正弦的B和正弦的H的数值不同，波形也完全不同。在通入交流电流源时，励磁电流Itl为正弦量，因为H和Itl成线性关系，所以交变磁场强度H可表示H=HmSin t，而磁感应强度B是时间的复杂函数，但是B(t)仍是时间t的周期函数，因此可以按照傅氏函数展开为
B(t) =B0 + Bi sin(fc)/ + (P1) + IL sin(2w/ + <p2) + B3sin(3w/ + <p3) +...Cl)式中Bi，B2, B3,…分别代表基波分量、二次谐波分量、三次谐波分量及其他高次
谐波分量。因为if = ^ , =ecJt，式中io :励磁电流，I :平均磁路长度；e :感应电动
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势；S :样品的横截面积A :磁化绕组匝数。所以，可以通过测量回路的电流L和感应电动势e来分别反映磁场强度H和磁感应强度B。该方法的流程图如图2所示，首先根据被试变压器的情况，在变压器高压侧施加电流源，将电流升至一值，测量该点的电流电压波形；通过频谱分析仪，分析电压波形的谐波含量，根据分析结果确定剩余磁感应强度B的多项式阶数，根据B的多项式阶数，确定多项式中未知数的个数，以此来确定需要记录电压波形的点数及电流的增加幅度；根据确定的电流增加幅度，逐步增加注入变压器的电流值，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至O，然后断开电流源；针对已测的电压e，可以计算出B (t)值，利用优化算法对式(I)进行辨识,辨识出B。，B1，B2，B3，…及约，V2， 等值，此组参数辨识出来后，可以反推出t=0时刻时，磁感应强度B的值，进一步推导出铁芯的剩余磁感应强度量。权利要求
1.一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤 第一步，在变压器高压侧施加电流源，将电流升至一值，测量该点的电流电压波形；第二步，通过频谱分析仪，分析电压波形的谐波含量，根据分析结果确定剩余磁感应强度B的多项式阶数，根据B的多项式阶数，确定多项式中未知数的个数，以此来确定需要记录电压波形的点数及电流的增加幅度； 第三步，根据确定的电流增加幅度，逐步增加注入变压器的电流值，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至O，然后断开电流源； 第四步，利用优化算法，带入已测量的数据，对变压器的B值公式进行辨识，进一步反推出在t=0时刻的B值。
2.如权利要求I所述的一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，其特征在于，所述的第二步确定B的拟合多项式阶数的方法是 在通入励磁电流i。正弦量的情况下，交变磁场强度H可表示H=HmSin t ;此时B可表示为"{/) = Zi0 + /^1 sin(c^ + g\)+ B1 sm(2tot + (P1) + /i sin(:W + 识3) + ...(I)又因为5 = J"—，所以可根据测试电压波形的频谱分析，确定拟合剩余磁感应强度B阶数，为进行第三步和第四步确定依据。
3.如权利要求I所述的一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，其特征在于，所述的第四步确定推算B值的方法是因为S = J"—，所以可以根据测量出的感应电动势e，求出不同测量点时B的值。根据第二步所确定的B值的拟合多项式，利用优化算法对式(I)进行辨识，辨识出B3,…及^ 灼，％…等值，此组参数辨识出来后，可以反推出t=0时刻时，磁感应强度B的值，进一5推导出铁芯的剩余磁感应强度量。
全文摘要
一种变压器铁芯剩余磁感应强度的测量方法，本发明包括如下步骤第一步，在变压器高压侧施加电流源，将电流升至一值，测量该点的电流电压波形；第二步，确定需要记录电压波形的点数及电流的增加幅度；第三步，根据确定的电流增加幅度，逐步增加注入变压器的电流值，记录完所有需要点的电流与电压值后，可以降低输入电流值至0，然后断开电流源；第四步，利用优化算法，带入已测量的数据，对变压器的B值公式进行辨识，进一步反推出在t=0时刻的B值。本发明的有益效果是，可以广泛应用于去磁设备去磁后其去磁效果检验，对变压器安全稳定运行具有十分重要的意义。
文档编号G01R33/02GK102749595SQ20121023557
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者徐肖伟, 王景林, 王耀龙, 邹德旭, 钱国超 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司