电力变压器能量对冲式消磁方法及模块技术

本发明专利技术涉及电力变压器能量对冲式消磁方法及模块，其能量对冲式消磁装置包括剩磁检测模块(1)、消磁过程监测模块(2)、容性储能装置(3)、充电装置(4)、正反向消磁控制模块(5)、检测充电电源(6)、直阻测试接入控制模块(7)、控制单元(8)、显示交互单元(9)及供电电源(10)；本发明专利技术提供的这种变压器剩磁消磁方法，能够快速消除电力变压器铁芯各种原因形成的剩磁，消磁装置体积小、结构紧凑且使用方便。结构紧凑且使用方便。结构紧凑且使用方便。

【技术实现步骤摘要】
电力变压器能量对冲式消磁方法及模块


[0001]本专利技术涉及电力变压器能量对冲式消磁方法及模块。

技术介绍

[0002]电力变压器是电力系统完成电力传输的重要核心设备之一，如果发生突发故障将引起大面积停电，造成严重后果；而变压器的不良投运方式也可能引起电网系统事故。变压器绕组直流电阻测试是变压器状态检修例行试验中必需做的项目，而直流电阻试验必然使变压器铁芯严重饱和而产生剩磁。
[0003]变压器存在剩磁，投运时可引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运失败，励磁涌流对变压器内部铁芯、绕组及结构件造成冲击，大型电力变压器冲击产生的振动还可能使瓦斯继电器误动，对外部冲击也会影响整个电网的稳定性。曾发生过某电站一台变压器空载接进电源产生的励磁涌流，诱发邻近其两个电站正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympthetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；诱发操作过电压，损坏电气设备；励磁涌流中的低频分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继保动作的的正确率；励磁涌流形成的大量谐波对电网电能质量造成严重污染，甚至造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常运行。目前电力变压器消磁方法主要有交流法和直流法。
[0004]直流法：根据电磁理论，变压器铁心内存在的剩磁，可以通过正反向通入直流电流，并按一定周期逐渐减小，直到小于某个规定值，即可达到消磁的目的。但常规直流法消磁，如果参数控制不好只能消除20％
‑
50％的剩磁；而且对大型电力变压器消磁时间很长，一般每相消磁时间可达30
‑
120分钟。对一台250MVA/500kV及以上大型电力变压器消磁时间长达3小时以上。
[0005]工频交流法：在被消磁变压器一侧绕组上(一般为低压侧)施加可调压工频交流电压，另一侧中性点接地。监测被消磁变压器绕组上的电压，逐渐升高电压至50％额定电压，并停留约5分钟，将电压缓慢降至零，再重新缓慢升高电压至100％额定电压，直到完全去磁。工频交流法消磁，因设备庞大非常不适合现场使用。
[0006]低频交流法：利用变频器原理，通过降低施加在被消磁变压器绕组上的电源频率，降低消磁电压，提高消磁电流，降低消磁设备功率，消磁时间略有延长，消磁效果好于直流消磁法。通过逐渐降低消磁电压和电流，直至某个设定值。这种消磁方法效果好于直流消磁，但消磁时间较长，需要变频电源，不能确保100％消磁。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供电力变压器能量对冲式消磁方法及模块。变压器铁芯是由高导磁率取向硅钢片叠积成的闭合磁路，具有非线性励磁特性，即在不同偏磁下其导磁率和交流磁化曲线工作点是不同的，根据这些特性即可检测其是否存在剩磁：在施加一定的工频电压时，存在剩磁和不存在剩磁由于其交流工作点不同，在同一电
压下的励磁电流值不同，一般存在剩磁时励磁电流要大30
‑
45％；当然这与变压器铁心所用硅钢片材料和剩磁大小相关。基于变压器的特性，说明存在剩磁和无剩磁其低电压励磁阻抗不同，绕组电感不同，可以通过测量其阻抗或电感量判断是否存在剩磁。由于存在剩磁和无剩磁其励磁交流工作点不同，因此励磁电流的波形会存在差异，励磁电流的波形上下不对称，由于存在偶次谐波分量，说明铁芯存在剩磁，但在弱剩磁的情况下不明显。剩磁磁化方向在变压器没有激励源的情况下外部检测相对比较困难，通过采用小信号直流源激励绕组，计算正反向激励时间常数检测剩磁方向，也可以通过工频小信号激励源检测波形的对称性确定剩磁方向，对于铁心裸露的变压器，可以采用偏磁传感器直接检测。当然，对于变压器各种试验过程中产生的直流励磁，只要记录最后一次直流励磁的方向即可。
[0008]硅钢片具有很小的磁滞回线面积，饱和磁密一般都在17000GS以上，因此直流磁化后，材料的实际剩磁是很小的，由于变压器是一个闭合磁路，直流励磁使硅钢片内所有的磁畴都同向排列形成闭合，相互牵制，励磁电流消失后大部分不能马上恢复自然状态，这种有序排列将励磁电流产生的能量存储为磁能，形成剩磁。如果将变压器注磁到饱和状态，当励磁电流消失后，其剩余能量大约为总注磁能量的60％
‑
70％。在这种情况下如果再同向励磁，变压器铁芯很快就进入过饱和状态，形成很大的励磁涌流。由于取向硅钢片导磁率很高，很小的直流励磁就会使其进入饱和状态。如果在有剩磁的状态下反向励磁，首先励磁电流产生的反向励磁能量抵消原来的剩磁，再进入反向励磁的饱和状态，形成反向剩磁。这种剩磁实际上是储存在铁心内的一种磁能。
[0009]为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]一种电力变压器能量对冲式消磁方法及模块，能量对冲式消磁装置包括剩磁检测模块、消磁过程监测模块、容性储能装置、充电装置、正反向消磁控制模块、检测充电电源、直阻测试接入控制模块、控制单元、显示交互单元及供电电源。
[0011]本专利技术实施例提供一种电力变压器剩磁消除方法，在本专利技术中，假设在无剩磁状态下通过直流励磁向变压器铁心注入的能量为E
z
，在直流励磁源关闭后，励磁回路释放出的能量为E
f,
则变压器铁心内存储的磁能为：E
s
＝E
z
‑
E
f
公式(1)；
[0012]假设直流励磁源采用电流源，在励磁过渡过程中，电流源输出的电压为u(t),电流为i(t),励磁回路直流电阻为R
i
,电流源进入稳态时的电流输出为I；则直流励磁注入的总能量为：
[0013][0014]当励磁结束后，电流源切换到放电状态，放电时串入的电阻为R
f
,释放的能量为：
[0015][0016]则存储在变压器铁心回路内的剩磁能量为：E
s
＝E
z
‑
E
f
，公式(1)；
[0017]在直流注磁后剩磁能量会缓慢消失，但自然消失的时间很长，在未消失状态下，铁心存在的单方向偏磁就会造成较大的合闸冲击电流。
[0018]基于上述原理，本专利技术采用能量对冲式消磁方法，变压器剩磁实际是存在于变压器主磁路内部的剩磁能量，本专利技术可以根据剩磁能量的大小和剩磁方向，注入一个相反的能量，对冲消除剩磁能量，恢复铁心正常状态。
[0019]注入对冲能量可以用一个输出能量可控电源，将按计算好的能量通过变压器绕组
以相反方向注入，实现消磁。但这需要精确计算剩磁能量大小和方向。针对各种容量、电压等级和硅钢片材料的变压器铁心，精确计算和检测很难实现。
[0020]该方法通过能量对冲衰减振荡，能够快速有效地消除变压器由于直流励磁在铁心上产生的剩磁，比现有直流、交流或低频消磁法消磁效率更高，且能够彻底消除变压器铁芯剩磁，还可以在未知偏磁方向的前提下消除剩磁，并同时检测消磁效果。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的功能框本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力变压器能量对冲式消磁方法，其特征在于：针对电力变压器，直流励磁源采用电流源，在励磁过渡过程中，电流源输出的电压为u(t),电流为i(t),励磁回路直流电阻为Ri,电流源进入稳态时的电流输出为I；则直流励磁注入的总能量为，当励磁结束后，电流源切换到放电状态，放电时串入的电阻为R
f
,释放的能量为：则存储在变压器铁心回路内的剩磁能量为：E
s
＝E
z
‑
E
f
，公式(1)；假设在无剩磁状态下通过直流励磁向变压器铁心注入的能量为E
z
，在直流励磁源关闭后，励磁回路释放出的能量为E
f
；消磁方法；S1，输入变压器容量、高低压侧电压，估算变压器铁芯容量和励磁电流参数；S2，利用交流激励电源，测量变压器空载励磁电流和阻抗；S3，进行消磁处理，执行第一消磁循环；首先，根据变压器的剩磁能量或变压器容量估计的铁芯容量，计算储能电容器最佳充电电压，电容器的总容量为C
s
：对储能电容器进行充电；然后，切断充电电源，同时，通过控制开关K4或K5选择消磁方向，控制单元实时采集对冲消磁过程的电压和电流，并在显示单元显示参数、绘制曲线；之后，通过检测振荡消磁电压和电流，确定消磁结束后，自动断开消磁回路开关；S4，执行第二次剩磁测量，用与第一次相同测试电压和频率测试消磁后的空载电流和阻抗，并计算消磁前后空载电流和阻抗，估算消磁后的铁芯剩磁，并给出显示；在一个消磁循环结束，若消磁不符合设定要求，根据最后剩磁评估数据，调整储能电容充电电压，加大或减小对冲消磁能量，执行下一个消磁循环。2.根据权利要求1所述的电力变压器能量对冲式消磁方法，其特征在于：其中，根据变压器剩磁或直流电阻测试注磁计算对冲消磁能量大小，确定电容储能装置的充电能量和充电电压；电容储能装置用容量电容器组；其中，消磁前后剩磁测量采用空载电流、阻抗两参数消磁前后对比法，空载电流和阻抗采用AC 10
‑
3000V工频或异频交流电压测量，变压器消磁前后参数的变化量作为计算剩磁量的依据，对一个特定绕组，消磁前后测量选择同一电压和频率测量空载电流和阻抗进行比较；在步骤S3中，选与变压器剩磁的原注磁方向相反为初始方向。3.根据权利要求2所述的电力变压器能量对冲式消磁方法，其特征在于：其测量剩磁的励磁电源与电容器充电电源共用或相互独立。4.根据权利要求2所述的电力变压器能量对冲式消磁方法，其特征在于：本发明的消磁方法集成在直流电阻测试仪内部或作为独立的电力变压器消磁装置。5.一种电力变压器能量对冲式消磁装置，其特征在于：采用能量对冲式消磁方法研制的电力变压器剩磁消磁装置，其特征在于：能量对冲式消磁装置包括剩磁检测模块(1)、消磁过程监测模块(2)、容性储能装置(3)、充电装置(4)、正反向消磁控制模块(5)、检测充电
电源(6)、直阻测试接入控制模块(7)、控制单元(8)、显示交互单元(9)及供电电源(10)；剩磁检测模块(1)分别电连接消磁过程监测模块模块(2)、充电装置(4)、正反向消磁控制模块模块(5)及检测充电电源(6)，正反向消磁控制模块模块(5)电连接容性储能装置(3)及直阻测试接入控制模块(7)；检测充电电源(6)电连接供电电源(10)；供电电源(10)、控制单元(8)、显示交互单元(9)依次电连接，控制单元(8)电控制剩磁检测模块(1)、充电装置(4)、正反向消磁控制模块模块(5)及检测充电电源(6)。6.根据权利要求5所述的电力变压器能量对冲式消磁装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：何平，
申请(专利权)人：何平，
类型：发明
国别省市：