一種變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀及消磁方法與流程
2023-10-21 05:06:03 1
1.本發明涉及變壓器消磁技術領域，特別涉及一種變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀及消磁方法。
背景技術：
2.電氣設備的安全可靠運行是實現整個電力系統穩定運行的基礎，電力變壓器（尤其是大型電力變壓器）作為供電網絡中的主要設備，保障其安全可靠運行更是成為重中之重。
3.電力變壓器在運行過程中，其內部會產生穩態磁通。當變壓器斷電切除時，由於迴路磁通守恆，穩態磁通不會立即消失，而會保留一個與最末時刻穩態磁通大小相等、極性相同的剩磁。另一方面，按照《電力設備預防性試驗規程》要求，大型變壓器在檢修後或運行1至3年後，都要進行變壓器直流電阻試驗，由於變壓器鐵芯材料存在磁滯特性，所以直流電阻試驗中大電流產生的磁場將使變壓器鐵芯留有大量剩磁。在變壓器空載合閘時，受鐵芯剩磁和斷路器合閘相角影響，可能造成鐵芯的飽和，導致變壓器在電壓突變的一側產生很大的勵磁湧流，導致差動保護誤動作跳閘，使變壓器的投運失敗；數值很大的勵磁湧流還會導致變壓器及斷路器因電動力過大而受損；誘發鄰近其它變電站等正在運行的變壓器產生「和應湧流」而誤跳閘,造成大面積停電；並且其中的大量諧波對電網電能質量也會造成嚴重的汙染。故應在變壓器重新投入運行之前應對變壓器鐵芯進行消磁。
4.目前國內外使用的消磁方法一般分為交流消磁法和直流消磁法。但是，無論是交流法消磁還是直流法消磁均存在一個不可迴避的問題，就是無法量化變壓器的剩磁情況及最終消磁效果。
技術實現要素：
5.為解決上述問題，為解決上述問題，本發明提供一種變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀及消磁方法，可以縮短變壓器的消磁時間，提高消磁效果。
6.本發明採用的技術方案為：一種變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀，該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀包括箱體結構的分析儀外殼和測試線路，所述分析儀外殼內固定安裝電流電壓施加裝置、電流電壓採集裝置和運算處理裝置；所述運算處理裝置包括存儲器、cpu處理器和顯示屏，所述cpu處理器與存儲器和顯示屏電性連接，所述顯示屏安裝於分析儀外殼的外部；所述電流電壓施加裝置包括直流開關電源和電源控制器，所述直流開關電源與穿過分析儀外殼的測試線路連接，直流開關電源通過電源控制器與cpu處理器電性連接；所述電流電壓採集裝置電壓採集模塊、電流採集模塊、ad轉換器和fir數字濾波器，所述電壓採集模塊、電流採集模塊分別與測試線路連接，電壓採集模塊、電流採集模塊與ad轉換器電性連接，所述ad轉換器與fir數字濾波器電性連接，fir數字濾波器與cpu處理器電性連接；所述測試線路與變壓器繞組連接，且測試線路上設有開關裝置。
7.進一步，所述直流開關電源採用高頻推挽隔離式拓撲架構，其中直流開關電源的推挽變壓器通過兩個三極體作為交替開關進行導通控制。
8.進一步，所述分析儀外殼上還設有網口，所述cpu處理器通過網口能夠與pc機連接。
9.進一步，所述電流電壓施加裝置還包括線路檢測報警器，所述直流開關電源通過線路檢測報警器與測試線路連接，所述線路檢測報警器與cpu處理器電性連接。
10.進一步，所述測試線路上的開關裝置為繼電器。
11.一種利用上述的變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀對變壓器剩磁消磁的方法,包括以下步驟：步驟1，在變壓器消磁初始階段，首先對變壓器進行充磁並將其充至磁飽和，記錄此時的磁通量φ1；步驟2，轉換充磁極性將變壓器充磁至反向飽和，記錄此時的磁通量φ2；步驟3，最後再次轉換充磁極性，將變壓器磁通量充至初始剩磁通量φr=0時，停止充磁電源u(t)，消磁完畢。
12.進一步，步驟3中，初始剩磁通量φr=φs
–
φ1，式中φs為變壓器的飽和磁通量；變壓器的飽和磁通量φs=φ2/2 。
13.進一步，步驟1至步驟3中的過程中：cpu處理器控制測試線路中的繼電器吸合與斷開來實現消磁相別和測試電源的加壓極性；由電源控制器提供所需的測試電源；整個消磁過程中由電壓採集模塊、電流採集模塊分別對電壓信號和電流信號進行信號調理，電壓信號和電流信號通過高精度模數轉換器轉換為數位訊號，再通過fir數字濾波器濾除高頻和工頻幹擾信號，傳遞給cpu處理器進行數據處理；cpu處理器計算出變壓器的當前磁通量。
14.進一步，所述cpu處理器利用以下公式計算當前磁通量：式中，為當前磁通量，變壓器勵磁繞組的直流電阻。
15.本發明的有益效果是：該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀通過電流電壓施加裝置對變壓器繞組施加電壓，變壓器繞組中會產生電流，同時由電流電壓採集裝置變壓器繞組的電壓信號和電流信號進行高精度採樣；所述cpu處理器通過與pc機連接寫入計算程序，cpu處理器通過存儲器調取變壓器繞組規定的直流電阻數值，可精確計算變壓器鐵芯內當前磁通量；通過精確計算變壓器鐵芯內當前磁通量，cpu處理器即可通過電源控制器控制直流開關電源輸出的電壓值、電流值、極性及施加時間，從而完成對變壓器的消磁操作。該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀可大大縮短變壓器的消磁時間，提高消磁效果，使變壓器繞組最終剩磁率低於5%。
附圖說明
16.圖1為本發明的整體連接示意圖；圖2為本發明直流開關電源的高頻推挽隔離式拓撲架構電路圖；圖3為本發明測試線路與變壓器的連接電路圖；
圖1—3中，1—分析儀外殼，2—測試線路，3—存儲器，4—cpu處理器，5—顯示屏，6—直流開關電源，7—電源控制器，8—電壓採集模塊，9—電流採集模塊，10—ad轉換器，11—fir數字濾波器，12—網口，13—pc機，14—線路檢測報警器。
具體實施方式
17.下面將結合本發明實施例的附圖、對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
18.本實施例公開了一種變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀，該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀包括箱體結構的分析儀外殼1和測試線路2，所述分析儀外殼1內固定安裝電流電壓施加裝置、電流電壓採集裝置和運算處理裝置。
19.具體的，如圖1所示，所述運算處理裝置包括存儲器3、cpu處理器4和顯示屏5；所述cpu處理器4與存儲器3和顯示屏5電性連接，所述顯示屏5安裝於分析儀外殼1的外部。其中，所述存儲器3用於存儲變壓器型號及與之匹配的變壓器繞組的直流電阻固定數值；所述分析儀外殼1上還設有網口12，所述cpu處理器4通過網口12能夠與pc機13連接，cpu處理器4通過pc機13寫入有計算程序，cpu處理器4用於變壓器繞組的磁通量計算以及其它裝置的控制。
20.所述電流電壓施加裝置包括直流開關電源6和電源控制器7；所述直流開關電源6與穿過分析儀外殼1的測試線路2連接，直流開關電源6通過電源控制器7與cpu處理器4電性連接。其中，所述直流開關電源6採用高頻推挽隔離式拓撲架構，如圖2所示，直流開關電源6的推挽變壓器通過兩個三極體d1、d2作為交替開關進行導通控制；當一邊三極體導通時，另一邊的三極體要承受耐壓與兩倍的電源電壓，這樣設置具有結構簡單，開關變壓器磁芯利用率高，導通損耗小等優點。所述電源控制器7根據cpu處理器4計算得到的變壓器當前磁通量，控制直流開關電源6的電壓值、電流值、極性及施加時間，從而完成對變壓器的消磁操作。
21.所述電流電壓採集裝置電壓採集模塊8、電流採集模塊9、ad轉換器10和fir數字濾波器11；所述電壓採集模塊8、電流採集模塊9分別與測試線路2連接，電壓採集模塊8、電流採集模塊9與ad轉換器10電性連接，所述ad轉換器10與fir數字濾波器11電性連接，fir數字濾波器11與cpu處理器4電性連接。其中，所述電壓採集模塊8、電流採集模塊9用於對變壓器繞組的電壓信號和電流信號進行高精度採樣；所述ad轉換器10用於將電壓信號、電流信號轉換為數字量；所述fir數字濾波器11對電壓信號、電流信號的數字量進行低通濾波，去除高頻幹擾信號和工頻幹擾信號後傳輸至cpu處理器4。
22.所述測試線路2與變壓器繞組a、b、c、0連接，且測試線路2上設有開關裝置。如圖3所示，所述測試線路2上的開關裝置為繼電器k1、k2、k3、k4。
23.進一步的，作為本實施例的優選方式，所述電流電壓施加裝置還包括線路檢測報警器14，所述直流開關電源6通過線路檢測報警器14與測試線路2連接，所述線路檢測報警器14與cpu處理器4電性連接。通過增設線路檢測報警器14能夠實現反電動勢保護、380v錯接保護等多種保護功能。
24.該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀的原理：變壓器屬於電磁元件，其鐵芯中的當前磁通量與施加在勵磁繞組上的電壓u有關，由公式：可知變壓器內當前磁通量是對施加在勵磁電感上的電壓的積分值；剩磁率 ，式中kr為剩磁係數（剩磁率）、φr剩磁磁通量、φs飽和磁通量；即只要通過測量計算得到變壓器的剩磁磁通量φr和飽和磁通量φs，就可以計算出變壓器的初始剩磁率，得到變壓器在消磁前的初始剩磁情況；同樣，因為整個消磁過程是以當前變壓器絕對磁通量數值為基礎的，所以可以定量的對變壓器進行消磁，即在消磁結束時使得剩餘磁通量φr=0。
25.在變壓器消磁初始階段，首先對變壓器進行充磁並將其充至磁飽和，記錄此時的磁通量φ1；然後，轉換充磁極性將變壓器充磁至反向飽和，記錄此時的磁通量φ2；則變壓器的飽和磁通量φs=φ2/2，初始剩磁通量φr=φs
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φ1；最後，再次轉換充磁極性，將變壓器磁通量充至φr=0時，停止充磁電源u(t)，消磁完畢；這樣在一次過程中既可以測量消磁前變壓器的初始剩磁率，又可以將變壓器的剩磁通消除為0；對變壓器的剩磁檢測及消磁過程全部為定量分析，使得剩磁數據和消磁效果更佳直觀。由於一次消磁過程只將變壓器充至正反向磁飽和一次，所以消磁速度較其它消磁方法要快很多。
26.整個消磁過程由cpu處理器4控制測試線路2中的繼電器k1、k2、k3、k4的吸合與斷開來實現消磁相別和測試電源的加壓極性；由電源控制器7提供所需的測試電源。同時整個消磁過程中由電壓採集模塊8、電流採集模塊9分別對電壓信號和電流信號進行信號調理，之後通過高精度模數轉換器10轉換為數位訊號，再通過fir數字濾波器11濾除高頻和工頻幹擾信號，最終傳遞給cpu處理器進行數據處理。
27.為了精確的測量計算變壓器鐵芯內當前磁通量，需要對電流信號信號進行高精度採樣，並根據變壓器勵磁繞組的直流電阻計算實際加到勵磁電感上的實際電壓值，從而精確計算變壓器鐵芯內當前磁通量；即cpu處理器利用公式實時計算出變壓器的當前磁通量。
28.綜上所述，該變壓器剩磁檢測及定量消磁分析儀有著舉足輕重的作用，因為變壓器在做完各種停電測試項目或者分閘斷電之後繞組的剩磁範圍都是估算值，一些故障分析也基於這些估算值。這些估算值的精確性直接影響著故障分析的正確性，能夠準確測量變壓器繞組的初始剩磁率，可以驗證這些估算數值範圍的正確性；有了準確剩磁率數據，可以更準確的進行故障分析。
29.需要說明的是，本實施例中所提及的存儲器3、cpu處理器4、顯示屏5、直流開關電源6、電源控制器7、電壓採集模塊8、電流採集模塊9、ad轉換器10、fir數字濾波器11、線路檢測報警器14均屬於現有產品，可通過市購獲得，其內部結構、工作原理以及接線方式在此不作詳細贅述。