一種基于極性反轉(zhuǎn)的直流電壓源的鐵芯剩磁消除和測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵磁元件鐵芯剩磁消除和測量方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及變壓器、互感 器的剩磁消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)系統(tǒng)電壓等級的不斷提高，大容量電力變壓器日益增多，使得工業(yè)應(yīng)用 對電氣設(shè)備保護運行的可靠性和快速性提出了更高的要求。電工磁材料的磁特性以及利用 其制成的鐵芯部件的工況運行磁特性的準(zhǔn)確測量對電磁裝置的設(shè)計、磁損耗計算、運行性 能、可靠性的提高有至關(guān)重要的作用。
[0003] 當(dāng)外加磁場施加于鐵磁性物質(zhì)時，其原子的偶極子按照外加場自行排列。及時當(dāng) 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〇場強時，此時的磁感應(yīng)強度 不會將至〇,此時B值成為剩磁（BJ，此時的磁通量為剩余磁通量Φρ
[0004] 具有封閉鐵磁材料鐵芯結(jié)構(gòu)的器件，不斷投入運行再切出運行的過程中，由于鐵 磁材料的磁滯特性，器件切出運行時，將在鐵芯中留有剩磁。電力變壓器進行電壓比、直流 電阻測量和空載試驗等操作后會在其鐵芯中殘留剩磁。
[0005] 如果不對剩磁進行處理，可能會對電力變壓器的繼電保護裝置以及一次設(shè)備帶來 諸多不利影響。電力變壓器輕載或者空載的情況下合閘通電，鐵芯中的剩磁的存在可加速 電力變壓器鐵芯飽和，使電力變壓器鐵芯半周飽和，產(chǎn)生勵磁電流中存在大量諧波，即剩磁 的存在將導(dǎo)致電力變壓器勵磁涌流的出現(xiàn)，涌流的值可達正常穩(wěn)態(tài)運行電流的幾倍或者幾 十倍。不對稱的勵磁涌流，在鐵芯，繞組，和金屬結(jié)構(gòu)件中增加損耗產(chǎn)生熱量，增加了電力變 壓器的無功消耗，同時鐵芯的高度飽和使漏磁增加，引起油箱過熱，局部過熱將使絕緣紙老 化，影響電力變壓器的壽命甚至對其造成永久性損害；較高的涌流會產(chǎn)生過電壓使斷路器 跳閘甚至燒毀器件，并導(dǎo)致相當(dāng)多的電力變壓器和電網(wǎng)的負(fù)面影響；勵磁涌流使得在電力 系統(tǒng)中含有奇數(shù)和偶次諧波，這些諧波可導(dǎo)致電力變壓器內(nèi)的雜散損耗的增加，引發(fā)發(fā)電 機和電容濾波器組中繼電器的不正確跳閘；勵磁涌流可能會使變壓器差動保護誤動作。剩 磁使測量用電流互感器比值差向負(fù)方向變化，相位差向正方變化，從而導(dǎo)致測量結(jié)果偏小、 電能計量偏小，剩磁越大，影響越大；剩磁使保護用電流互感器在短路故障后的2~3個周 波內(nèi)嚴(yán)重飽和，不能在故障發(fā)生后的2~3內(nèi)動作，從而造成繼電保護裝置誤動、拒動。
[0006] 現(xiàn)有的開路退磁法是是二次繞組開路，在一次側(cè)繞組施加50Hz工頻電壓50Hz工 頻電壓至飽和在逐漸降低電壓到〇,或者是一次繞組開路，二次繞組施加50Hz工頻電壓至 飽和在逐漸降低電壓到0,重復(fù)著一過程2~3次。閉路退磁法是在二次繞組上接以相當(dāng)于 10~20倍額定負(fù)載的電阻，在一次繞組通以工頻電流，電流由零增加到1. 2倍額定電流，然 后均勻緩慢地降至零，使鐵芯退磁。然而，要使大容量變壓器、互感器鐵芯飽和，將需要功率 大很大的工頻電源，這對于電源的要求苛刻，成本高。而且有退磁時間長，退磁不完全的缺 點。
[0007] 現(xiàn)有的剩磁測量方法主要有勵磁涌流測量法和繞組頻率響應(yīng)法，但是這些方法都 只能檢測是否有剩磁的存在，不能測出一個精確的剩磁數(shù)值。本文提出的基于極性反轉(zhuǎn)的 直流電壓源的鐵芯剩磁消除和測量方法能精確的測試出剩磁通數(shù)值和剩磁系數(shù)，而且同時 還能消除剩磁，完成對鐵磁元件的退磁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述現(xiàn)有的鐵磁元件剩消除和磁測量方法的不足，本發(fā)明提出一種采用極性 反轉(zhuǎn)的直流電壓源來消測量和消除鐵芯剩磁的方法。該方法融合了剩磁的測量和消除，一 次測量既可以實現(xiàn)測量剩磁和剩磁系數(shù)、又可以同時消除剩磁。具有測量時間短、成本低、 測量精度高、退磁完全、操作方便的特點，可以很好的用于變壓器和互感器剩磁消除和測 量?？捎糜谠u估互感器的剩磁系數(shù)是否符合安全工作要求。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種基于極性反轉(zhuǎn)的直流電壓源的鐵芯剩磁消除和測量方法，其特征在于，包括 如下步驟：
[0011] 步驟一：電源采用功率足夠的直流電壓源，通過電力電子開關(guān)電路改變施加在繞 組兩端的電源極性。先施加一個負(fù)的電壓（-VJ使鐵芯達到負(fù)飽和點，根據(jù)飽和點電壓電 流數(shù)據(jù)計算繞組直流電阻rdc。
[0012] 步驟二：微處理器通過電流傳感器檢測施加在繞組上的電流值，達到負(fù)飽和電流 后（-Is)控制電力電子開關(guān)動作，改變施加在繞組兩端的電源極性。從而施加一個正的直 流電壓（vDe)在繞組上，使鐵芯到達正飽和點，同時微處理器的定時器記錄鐵芯從負(fù)飽和點 到達正飽和點的時間T;
[0013] 步驟三：微處理器在電流達到正飽和電流（Is)時控制電力電子開關(guān)動作，施加一 個負(fù)的直流電壓（-vDe)在繞組上，微處理器控制開關(guān)導(dǎo)通使施加的負(fù)的直流電壓時間恰好 為T/2,然后迅速開關(guān)動作使電源輸出電壓為零。這樣使鐵芯恰好處于磁通為0的點，從而 達到消除剩磁的作用；
[0014] 步驟四：通過記錄整個過程中施加在繞組上的電壓u(t)和電流i(t)，根據(jù) ，得磁通Φ= /udt，對繞組激磁電感上的電壓（繞組兩端電壓減去直阻壓降）積dt 分Φ=J[u(t)-RDe ·i(t)]dt，可得到鐵芯的磁通，繪制整過過程的電流和磁通變化的關(guān) 系曲線，根據(jù)Ι-Φ曲線可以得到剩余磁通量Φ^=(Φf〇2)/2-AΦ，根據(jù)民=ΦVS還可 以求得剩余磁感應(yīng)強度民。其中為以初始磁通點為原點的正飽和點的磁通量，Φ2負(fù)飽 和點的磁通量，ΑΦ為初始磁通點到正飽和點的磁通變化量。剩磁系數(shù)K為剩余磁通量與 飽和磁通量之比，因此可得到K= 。
[0015] 其中，上述技術(shù)方案施加電壓的順序也可以為正-負(fù)-正，因此上述技術(shù)方案中的 步驟一、二、三也可以為：
[0016] 步驟一：電源采用功率足夠的直流電壓源，通過電力電子開關(guān)電路改變施加在繞 組兩端的電源極性。先施加一個正的電壓（VDe)使鐵芯達到正飽和點，根據(jù)飽和點電壓電流 數(shù)據(jù)計算繞組直流電阻Rdc。
[0017] 步驟二：微處理器通過電流傳感器檢測施加在繞組上的電流值，達到正飽和電流 后（Is)控制電力電子開關(guān)動作，改變施加在繞組兩端的電源極性。從而施加一個負(fù)的直流 電壓（-VJ在繞組上，使鐵芯到達負(fù)飽和點，同時微處理器的定時器記錄鐵芯從正飽和點 到達負(fù)飽和點的時間T;
[0018] 步驟三：微處理器在電流達到負(fù)飽和電流（_IS)時控制電力電子開關(guān)動作，施加一 個正的直流電壓（VJ在繞組上，微處理器控制開關(guān)導(dǎo)通使施加的正的直流電壓時間恰好 為T/2,然后迅速開關(guān)動作使電源輸出電壓為零。這樣使鐵芯恰好處于磁通為0的點，從而 達到消除剩磁的作用。
[0019] 其中，本發(fā)明所述的步驟一繞組直流電阻RDC還可以采用直阻儀測量方法，飽和點 的電壓電流計算直阻是為了簡化測量過程，直流電阻測量是為了精確計算鐵心磁通。
[0020] 本發(fā)明所述的步驟2和步驟3施加的正直流電壓時間恰好是負(fù)直流電壓時間的2 倍，且電壓幅值相同，使鐵芯剩磁恰好在零點。
[0021] 本發(fā)明所述的步驟四所得到的Ι-Φ曲線即為鐵芯的飽和磁