DQZHAN技術(shù)訊：電力變壓器鐵心剩磁的測(cè)量與削弱方法
大型電力變壓器在各種檢測(cè)以及運(yùn)行之后，由于其鐵心結(jié)構(gòu)的封閉性以及鐵磁材料固有的磁滯現(xiàn)象，會(huì)在鐵心中留有剩磁。剩磁的存在將加速電力變壓器鐵心的磁化飽和，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。
本文提出一種新的剩磁測(cè)量方法，通過分析剩磁產(chǎn)生的原理，對(duì)已知電力變壓器進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真分析建立剩磁-電流的關(guān)系式。選取環(huán)形變壓器鐵心搭建實(shí)驗(yàn)檢測(cè)電路，處理實(shí)驗(yàn)得到暫態(tài)測(cè)量電流信號(hào)，并將結(jié)果代入已建立的剩磁-電流關(guān)系式中，得到電力變壓器鐵心中的剩磁。在已知剩磁的基礎(chǔ)上研究已有的去磁方法，選取直流法削弱剩磁，根據(jù)測(cè)量得到的剩磁進(jìn)行去磁電流設(shè)定。通過消磁前后的測(cè)量電流波形對(duì)比說明能夠有效地削弱剩磁，達(dá)到減小涌流的目的，驗(yàn)證了去磁方法的有效性。
電力變壓器投入運(yùn)行再切出運(yùn)行的過程，由于鐵磁材料的磁滯特性，鐵心中會(huì)留有剩磁。在輕載或者空載的情況下合閘通電，可能導(dǎo)致繞組產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。較高的勵(lì)磁涌流將產(chǎn)生過電壓使斷路器跳閘、電力變壓器合閘操作頻頻失效，甚至燒毀器件，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。
變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因在于鐵心因合閘角、剩磁等條件的綜合作用而進(jìn)入飽和區(qū)甚至是深度飽和區(qū)。由于剩磁是勵(lì)磁涌流的主要影響因素之一，正確檢測(cè)剩磁對(duì)減少涌流的研究有很大幫助。現(xiàn)有的剩磁分析方法基本上分為以下幾種：
(1)依據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)估計(jì)剩磁，一般認(rèn)為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行后剩磁為20%～80%飽和磁通值范圍，激勵(lì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取剩磁，這種方法目前被廣泛運(yùn)用于各大變壓器廠家出廠檢測(cè)空載合閘前的剩磁預(yù)測(cè)中。
(2)D. I.Taylor等提出一種預(yù)充磁(pre- fluxing)分析法，即給鐵心加載激勵(lì)至一個(gè)較大的已知磁通值，使得原有剩磁被覆蓋，然后以新的已知剩磁為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，利用選相合閘操作削弱勵(lì)磁涌流。
(3)武漢大學(xué)的烏云高娃等在分析磁性材料的時(shí)效特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合Preisach模型及其特性，通過記錄切出電流，推導(dǎo)了分段計(jì)算鐵心剩磁的方法[6]。提出單相變壓器抑制勵(lì)磁涌流的合閘角策略，并用選相合閘操作去除剩磁對(duì)勵(lì)磁涌流的影響。
(4)通過搭建外接檢測(cè)電路，在變壓器運(yùn)行結(jié)束時(shí)，記錄電壓的波形和相角變化，對(duì)切除時(shí)刻的電壓積分求取剩磁值。
前面提到的兩種方法沒有準(zhǔn)確得到原剩磁值，雖然預(yù)充磁法有一定的可行性，但是對(duì)大型鐵磁結(jié)構(gòu)的器件，加載較大的磁通需加載大電流，而電流將會(huì)對(duì)電力變壓器鐵心本身產(chǎn)生較大影響，存在實(shí)際操作的局限性。
后兩種方法沒有考慮到感性元件電流不能突變?yōu)榱愕奶攸c(diǎn)，直接將切除時(shí)刻的鐵心磁通等效為剩磁。感性元件電流衰減過程實(shí)際也可以等效一個(gè)去磁過程，使得測(cè)量剩磁值并不準(zhǔn)確，且選相合閘檢測(cè)設(shè)備費(fèi)用高，操作復(fù)雜。
現(xiàn)有電力變壓器勵(lì)磁涌流分析方法中，并沒有一種能夠便捷高效地確定剩磁影響的方法。鑒于以上情況，本文提出一種新的剩磁測(cè)量方法，以鐵磁材料的特性曲線(B-H關(guān)系曲線)為基礎(chǔ)，建立電力變壓器電磁暫態(tài)仿真模型。加載直流恒流激勵(lì)模擬合空變操作前剩磁情況，通過對(duì)待測(cè)變壓器的空載合閘電磁暫態(tài)過程的分析，檢測(cè)電流變化分布，建立剩磁與電流變化值的對(duì)應(yīng)關(guān)系式，實(shí)驗(yàn)表明，能較**地得到變壓器再次投入運(yùn)行前鐵心中的剩磁。
結(jié)論
本文提出一種測(cè)量剩磁、削弱剩磁的方法。從剩磁產(chǎn)生的原理出發(fā)，在鐵心繞組中加載小信號(hào)直流激勵(lì)，對(duì)已知電力變壓器進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真分析，并基于仿真分析結(jié)果建立剩磁與電流的關(guān)系式。搭建環(huán)形變壓器鐵心的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)電路。分析示波器中讀取的暫態(tài)測(cè)量電流信號(hào)并將結(jié)果代入建立的剩磁-電流關(guān)系式中，通過剩余磁通的測(cè)量值與計(jì)算值的比較，測(cè)量結(jié)果同預(yù)設(shè)剩磁的相對(duì)誤差在7%以內(nèi)，說明該剩磁檢測(cè)方法具有較高的精度。
研究已有的去磁方法，根據(jù)測(cè)量分析得到的剩磁，選取直流法削弱剩磁。通過消磁前后的測(cè)量電流波形對(duì)比，證明能夠更有效地削弱剩磁。本方法通過監(jiān)測(cè)暫態(tài)合閘時(shí)刻鐵心電流的大小，可有效地檢測(cè)鐵心剩磁的實(shí)時(shí)情況，消除剩磁影響，避免正常加載運(yùn)行時(shí)鐵心進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，從根本上減少勵(lì)磁涌流對(duì)電力變壓器的影響。
