[发明专利]一种基于极性反转的直流电压源的铁芯剩磁消除和测量方法

说明书

技术领域

本发明属于铁磁元件铁芯剩磁消除和测量方法技术领域，具体涉及变压器、互感器的剩磁消除方法。

背景技术

随着电网系统电压等级的不断提高，大容量电力变压器日益增多，使得工业应用对电气设备保护运行的可靠性和快速性提出了更高的要求。电工磁材料的磁特性以及利用其制成的铁芯部件的工况运行磁特性的准确测量对电磁装置的设计、磁损耗计算、运行性能、可靠性的提高有至关重要的作用。

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。及时当外加场被撤离，部分排列仍保持，即如果此时磁场线性降低到0场强时，此时的磁感应强度不会将至0，此时B值成为剩磁(B_r)，此时的磁通量为剩余磁通量Φ_r。

具有封闭铁磁材料铁芯结构的器件，不断投入运行再切出运行的过程中，由于铁磁材料的磁滞特性，器件切出运行时，将在铁芯中留有剩磁。电力变压器进行电压比、直流电阻测量和空载试验等操作后会在其铁芯中残留剩磁。

如果不对剩磁进行处理，可能会对电力变压器的继电保护装置以及一次设备带来诸多不利影响。电力变压器轻载或者空载的情况下合闸通电，铁芯中的剩磁的存在可加速电力变压器铁芯饱和，使电力变压器铁芯半周饱和，产生励磁电流中存在大量谐波，即剩磁的存在将导致电力变压器励磁涌流的出现，涌流的值可达正常稳态运行电流的几倍或者几十倍。不对称的励磁涌流，在铁芯，绕组，和金属结构件中增加损耗产生热量，增加了电力变压器的无功消耗，同时铁芯的高度饱和使漏磁增加，引起油箱过热，局部过热将使绝缘纸老化，影响电力变压器的寿命甚至对其造成永久性损害；较高的涌流会产生过电压使断路器跳闸甚至烧毁器件，并导致相当多的电力变压器和电网的负面影响；励磁涌流使得在电力系统中含有奇数和偶次谐波，这些谐波可导致电力变压器内的杂散损耗的增加，引发发电机和电容滤波器组中继电器的不正确跳闸；励磁涌流可能会使变压器差动保护误动作。剩磁使测量用电流互感器比值差向负方向变化，相位差向正方变化，从而导致测量结果偏小、电能计量偏小，剩磁越大，影响越大；剩磁使保护用电流互感器在短路故障后的2～3个周波内严重饱和，不能在故障发生后的2～3内动作，从而造成继电保护装置误动、拒动。

现有的开路退磁法是是二次绕组开路，在一次侧绕组施加50Hz工频电压50Hz工频电压至饱和在逐渐降低电压到0，或者是一次绕组开路，二次绕组施加50Hz工频电压至饱和在逐渐降低电压到0，重复着一过程2～3次。闭路退磁法是在二次绕组上接以相当于10～20倍额定负载的电阻，在一次绕组通以工频电流，电流由零增加到1.2倍额定电流，然后均匀缓慢地降至零，使铁芯退磁。然而，要使大容量变压器、互感器铁芯饱和，将需要功率大很大的工频电源，这对于电源的要求苛刻，成本高。而且有退磁时间长，退磁不完全的缺点。

现有的剩磁测量方法主要有励磁涌流测量法和绕组频率响应法，但是这些方法都只能检测是否有剩磁的存在，不能测出一个精确的剩磁数值。本文提出的基于极性反转的直流电压源的铁芯剩磁消除和测量方法能精确的测试出剩磁通数值和剩磁系数，而且同时还能消除剩磁，完成对铁磁元件的退磁。

发明内容

针对上述现有的铁磁元件剩消除和磁测量方法的不足，本发明提出一种采用极性反转的直流电压源来消测量和消除铁芯剩磁的方法。该方法融合了剩磁的测量和消除，一次测量既可以实现测量剩磁和剩磁系数、又可以同时消除剩磁。具有测量时间短、成本低、测量精度高、退磁完全、操作方便的特点，可以很好的用于变压器和互感器剩磁消除和测量。可用于评估互感器的剩磁系数是否符合安全工作要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于极性反转的直流电压源的铁芯剩磁消除和测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：电源采用功率足够的直流电压源，通过电力电子开关电路改变施加在绕组两端的电源极性。先施加一个负的电压(-V_DC)使铁芯达到负饱和点，根据饱和点电压电流数据计算绕组直流电阻R_DC。

步骤二：微处理器通过电流传感器检测施加在绕组上的电流值，达到负饱和电流后(-I_s)控制电力电子开关动作，改变施加在绕组两端的电源极性。从而施加一个正的直流电压(V_DC)在绕组上，使铁芯到达正饱和点，同时微处理器的定时器记录铁芯从负饱和点到达正饱和点的时间T；