一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法技术

本发明专利技术提供一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，其利用电压、频率连续可调的低频正弦波电源对电力变压器激磁从而在变压器铁心中预设不同大小的剩磁Br，测量变压器在不同剩磁大小下的绕组频响曲线，读取绕组频响曲线在低频段的谐振点频率f0，从而得到一系列的离散(Br，f0)值，建立Br与f0之间的关系曲线图模型。模型建立后，可以通过测量变压器的绕组频响曲线，读取绕组频响曲线在低频段的谐振点频率从而估算出变压器铁心的剩磁大小。本发明专利技术只需测量一次变压器绕组频响曲线即能有效、快速估算电力变压器铁心剩磁的大小，操作简单、效率高，对于分析电力变压器铁心剩磁状况具有重要意义。

A Method for Estimating Remaining Magnetism of Power Transformer Based on Winding Deformation Measurement

【技术实现步骤摘要】
一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法
本专利技术涉及电力变压器剩磁估算领域，具体是一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法。
技术介绍
对于变压器这种具有封闭铁磁材料铁心结构的器件，在直流电阻测试等试验项目后和切除运行的过程中，由于其铁心结构的封闭性和铁磁材料的磁滞特性，铁心中将存在剩磁，对于绕组匝数较多的大型电力变压器，直流磁化作用下产生的剩磁也越多。若变压器存在剩磁，空合闸变压器会出现较大励磁涌流，对交直流电网产生重要影响。因此，较为准确判断变压器剩磁大小，对于减少变压器投运时的励磁涌流、确保变压器安全稳定运行具有重要意义。然而目前剩磁不仅无法直接测量，而且缺少变压器剩磁测算的准确技术，导致在现场直阻试验后、断路器分闸后等多种条件下的剩磁无从知晓。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供了一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，该方法操作简单、效率高，能有效、快速估算出电力变压器铁心剩磁大小，对于抑制变压器的励磁涌流，降低变压器的剩磁影响，具有重要意义。一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，包括如下步骤：步骤1：确定激励源频率f、加压侧及对应的变压器额定电压UN、变压器额定频率fN、变压器铁心硅钢片的额定磁通密度BN，测量变压器铁心硅钢片在频率为f的一系列的磁滞回线，根据建模需要共包含K条磁滞回线，分别标记为S1、S2、S3、…、SK；步骤2：记录磁滞回线S1对应的剩磁Br1和最大磁通密度B1；步骤3：采用直流退磁法或交流退磁法对变压器进行充分退磁；步骤4：采用频率为f的低频正弦波电源对变压器励磁，电压为在电流经历过若干个周波后，利用电力电子器件控制在电流过零点时切除外部激励电源，由此在变压器铁心中产生了大小为Br1的剩磁；步骤5：测量变压器的绕组频响曲线，记录低频段的谐振点频率f01；步骤6：记录磁滞回线S2对应的剩磁Br2和最大磁通密度B2；步骤7：重复步骤3～5得到f02；步骤8：依此，可以得到一系列的(Br，f0)值：(Br1，f01)、(Br2，f02)、…、(BrK，f0K)；步骤9：通过离散点拟合Br与f0的关系曲线图；步骤10：估算变压器铁心剩磁时，测量变压器绕组频响曲线并读取低频段谐振点频率大小，即可借助Br与f0的关系曲线图估算出变压器铁心的剩磁大小。进一步的，所述步骤1中所述激励源的频率f由变压器的实际参数确定。其中fmax为激励源的最大频率，Umax为激励源的最大输出电压，UN为变压器加压绕组的额定电压，fN为变压器的额定频率。进一步的，所述步骤1中磁滞回线条数K由最终拟合Br与f0关系曲线图所需(Br，f0)离散点的数量确定。进一步的，所述步骤1中K条磁滞回线是从硅钢片磁中性状态开始，再由小到大，不同大小的正负最大磁场的反复作用下，得到的一系列由小到大的正常磁滞回线。进一步的，所述步骤4中预设剩磁是通过单片硅钢片的磁滞回线代替变压器整机的磁滞回线来实现的，在工程上用于估算这种处理方式是合理的。进一步的，所述整个过程中变压器绕组频响曲线的测试方法应相同，变压器分接开关应置于同一档位，一般置于1档，对于单相变压器，绕组频响曲线测量时信号从被试绕组尾端注入，首端测量，非被试绕组的尾端接地、首端悬空；对于三相变压器，测量时信号从被试绕组被试相尾端注入，首端测量，非被试绕组中性点(绕组为星形连接)或B相(绕组为三角形连接)接地，其它端子悬空。进一步的，所述步骤5中所述绕组频响曲线的测量频带为20Hz～1MHz，绕组频响曲线的低频段为20Hz～1kHz。本专利技术的技术方案具有以下的有益效果：1、本专利技术适用于估算110kV及以上电压等级三相和单相电力变压器铁心中的剩磁大小；2、变压器铁心剩磁与绕组频响曲线低频段谐振点频率的关系曲线图模型建立后，只需测量一次绕组频响曲线即可判断变压器铁心是否存在剩磁，操作简单，效率高；3、本技术专利技术方案中，采用低频正弦波电源作为电力变压器的激励源，极大降低了对电源输出电压和容量的要求，同时由于电源频率低，电力电子器件在电流过零点时控制开关切断电源也容易实现；4、本技术专利技术方案中，采用单片硅钢片的磁滞回线代替变压器整机的磁滞回线，极大降低了测量工作的复杂性，同时也可满足工程上剩磁估算的需要；5、本技术专利技术方案中，明确了变压器绕组频响曲线测试的接线方式和分接开关位置，避免了测试时因试验接线和分接开关位置的不同对绕组频响曲线试验结果的影响。附图说明图1是本专利技术基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算流程；图2是本专利技术实施例中换流变铁心硅钢片0.1Hz下的一系列正常磁滞回线；图3是本专利技术实施例中换流变绕组频响曲线测量结果(20Hz～1kHz)；图4是本专利技术实施例中换流变充磁电路原理图；图5是本专利技术实施例中换流变铁心剩磁与绕组频响曲线低频段谐振点频率的关系曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。电力变压器铁心剩磁的存在会导致变压器励磁电感减小，因此会对变压器绕组频响曲线的低频段产生影响。理论和实践经验表明：变压器绕组频响曲线在低频段20Hz～1kHz有一个谐振点，变压器剩磁与绕组频响曲线低频段的谐振点频率存在单调对应关系，变压器剩磁越大，绕组频响曲线低频段的谐振点频率就越大。基于上述原理，本专利技术拟构建变压器铁心剩磁与绕组频响曲线低频段谐振点频率的关系曲线图模型，通过测量电力变压器的绕组频响曲线即可实现铁心剩磁大小的估算。本专利技术采用如下技术方案：采用交流电源对电力变压器励磁，在励磁电流过零点时通过电力电子器件控制撤去激励达到预设剩磁的目的，此时可以借助变压器铁心的磁滞回线得到激励撤去时变压器铁心中的剩磁大小。测量电力变压器在不同剩磁大小Br下的绕组频响曲线，读取绕组频响曲线低频段的谐振点频率f0，可以得到一系列的离散点(Br，f0)，从而实现构建变压器铁心剩磁与绕组频响曲线低频段谐振点频率的关系曲线图模型。请参见图1，本专利技术一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，其中一个实施例采用如图1所示的流程估算一台±800kV高端Y/Y换流变压器的剩磁，该变压器型号为ZZDFPZ-509300/500-800，电压组合为为单相双绕组变压器，换流变铁心额定磁通密度为1.7T，额定频率为50Hz，网侧分接开关位置置于1档。该换流变铁心采用的硅钢片型号为B27R090，以0.1T为梯度，测量了该换流变硅钢片在0.1Hz下最大磁通密度为1T～1.8T下的一系列磁化曲线，测量结果如图2所示。换流变现场进行长时感应电压带局部放电测量试验后，此时换流变铁心经历充分退磁可以认为已经没有剩磁，测量其绕组频响曲线，测试仪器采用FRAX101，测试时网侧绕组尾端1.2接地，网侧绕组首端1.1悬空，信号从阀侧绕组尾端2.2注入，首端2.1测量，扫描频率为20Hz～1MHz，截取其中20Hz～1kHz的测量结果如图3中绿色曲线所示，读取绕组频响曲线在低频段的谐振点频率，约为600Hz，因此可以得到一个(Br，f0)离散点(0,600)。低频正弦波电源最大输出为500V，在换流变阀侧励磁，低频正弦波电源输出频率为激励源频率选为0.1Hz。选取最大磁通密度B1＝1T的换流变铁心硅钢片磁滞回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：确定激励源频率f、加压侧及对应的变压器额定电压UN、变压器额定频率fN、变压器铁心硅钢片的额定磁通密度BN，测量变压器铁心硅钢片在频率为f的一系列的磁滞回线，根据建模需要共包含K条磁化曲线，分别标记为S1、S2、S3、…、SK；步骤2：记录磁滞回线S1对应的剩磁Br1和最大磁通密度B1；步骤3：采用直流退磁法或交流退磁法对变压器进行充分退磁；步骤4：采用频率为f的低频正弦波电源对变压器励磁，电压为

【技术特征摘要】
1.一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：确定激励源频率f、加压侧及对应的变压器额定电压UN、变压器额定频率fN、变压器铁心硅钢片的额定磁通密度BN，测量变压器铁心硅钢片在频率为f的一系列的磁滞回线，根据建模需要共包含K条磁化曲线，分别标记为S1、S2、S3、…、SK；步骤2：记录磁滞回线S1对应的剩磁Br1和最大磁通密度B1；步骤3：采用直流退磁法或交流退磁法对变压器进行充分退磁；步骤4：采用频率为f的低频正弦波电源对变压器励磁，电压为在电流经历过若干个周波后，利用电力电子器件控制在电流过零点时切除外部激励电源，由此在变压器铁心中产生了大小为Br1的剩磁；步骤5：测量变压器的绕组频响曲线，记录低频段的谐振点频率f01；步骤6：记录磁滞回线S2对应的剩磁Br2和最大磁通密度B2；步骤7：重复步骤3～5得到f02；步骤8：依此，可以得到一系列的(Br，f0)值：(Br1，f01)、(Br2，f02)、…、(BrK，f0K)；步骤9：通过离散点拟合Br与f0的关系曲线图；步骤10：估算变压器铁心剩磁时，测量变压器绕组频响曲线并读取低频段谐振点频率大小，即可借助Br与f0的关系曲线图估算出变压器铁心的剩磁大小。2.如权利要求1所述的基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法，其特征在于：所述步骤1中所述激励源的频率f由变压器的实际参数确定：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雷，谢齐家，汪涛，鲁非，周凯，罗维，刘睿，张宇，涂亚龙，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11