變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法
2023-05-15 21:37:01 2
專利名稱：變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法
技術領域：
本發明的技術方案涉及材料磁變量的測量，具體地說是變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法。
背景技術：
隨著我國特高壓直流輸電技術的不斷發展，變壓器直流偏磁問題日益突出，並已經成為工程實際中亟待解決的課題。研究直流偏磁對交流變壓器的影響對於變壓器製造廠家、電力系統管理和建設部門都是十分必要，這已引起國內外變壓器設計和科研人員的重視。變壓器直流偏磁現象是指由於某種原因導致變壓器鐵心中出現了直流磁通，使得變壓器鐵心呈現正負半周不對稱飽和以及由此引起的一系列電磁效應。變壓器在直流偏磁工作條件下，直流磁通和交流磁通相疊加形成偏磁時鐵心的總磁通，在與直流偏磁方向一致的半個周期，鐵心飽和程度大大增加，鐵心損耗增大，同時導致鐵心漏磁通增加，引起金屬結構件的局部過熱，嚴重時可引起變壓器的損壞。為了避免直流偏磁引起的變壓器損耗增大並引發局部過熱，必須對變壓器鐵心材料在其實際工作狀態下的電磁性能進行測量，以便對變壓器鐵心結構進行優化設計。而實現這一目的前提是要準確測量變壓器鐵心材料的磁特性數據，其中鐵磁材料的直流偏磁比總損耗曲線是用電磁場計算軟體進行三維電磁場分析和計算材料損耗時必不可少的磁特性數據，為此首先是要獲得在完全符合電力變壓器發生直流偏磁的實際情況下的更加接近真實值的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線。近年來，在對電力變壓器進行三維有限元分析時，不論是磁性材料中的電磁場分布還是損耗分布，其結果的準確度和有效性歸根結底還是取決於該材料在其實際工作狀態下的電磁性能。而電工材料供應商提供的變壓器鐵心材料的電磁性能數據通常是在標準規定的條件下測量得出的。對於用作變壓器鐵心材料的取向矽鋼片的直流偏磁比總損耗曲線的獲得，現有技術一般是採用傳統的愛潑斯坦方圈測量的方法，其中單片測量儀的測量條件包括供電電源、環境溫度和試件取樣的嚴格規定，但是在這種標準條件下測量得到的數據，顯然不能應用於變壓器鐵心材料取向矽鋼片的直流偏磁問題的求解。因為直流偏磁條件下，矽鋼片材料的磁化過程是交流激勵電流和直流激勵電流的共同作用過程，而上述方法中所採用的激勵電流都是標準的正弦交流激勵，沒有考慮直流激勵的影響。另外，日本學者高橋則雄等在網山大學的實驗室利用開放式單片測量系統，實現對鐵磁材料在直流偏磁工作條件下的材料屬性進行測量。利用該實驗系統對在不同偏置磁場作用下矽鋼片中鐵磁材料的損耗進行了測量，得到了該材料在直流偏磁條件下的比總損耗曲線。該方法的缺點是該系統激勵的施加方式採用的是交流激勵和直流激勵並聯加載的方式，與在線運行實際中的電力變壓器發生直流偏磁問題時的串聯激勵方式不一致，所得到的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線遠偏離真實值，導致測量結果產生誤差。如果即便該系統採用和實際工況相符的串聯激勵方式，那麼由於該系統可測量的材料與實際變壓器中使用的材料有很大區別，其工作磁通密度太低，也不足以說明電力變壓器直流偏磁條件下的實際情況。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，針對電力變壓器常用的晶粒取向矽鋼片，採用和實際變壓器發生直流偏磁時相同的交直流串聯激勵的方式，模擬直流偏磁工作條件下疊積型鐵心材料中的損耗分布，測量並獲得變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線。這樣的模擬測量方法，完全符合電力變壓器發生直流偏磁的實際情況，獲得的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線接近真實值。本發明解決該技術問題所採用的技術方案是變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，步驟如下A.製作變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置主要用接觸調壓器、變壓器鐵心模型、直流電流源、功率分析儀、數字示波器和工頻交流電源按以下連接構成本實施例的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置，其中，變壓器鐵心模型包括變壓器疊片鐵心、激磁線圈和測量線圈，所述變壓器鐵心模型是為完全按照電力變壓器鐵心的製造標準和疊裝工藝設計製作的產品級模型，工頻交流電源兩極分別通過導線和兩個限流電阻R1及R2連接至接觸調壓器中的輸入端A和輸入端B，接觸調壓器中的輸出端a通過導線與開關Kl連接至直流電流源的輸入端， 直流電流源的輸出端通過導線與功率分析儀的電流輸入端子相連，功率分析儀的電流輸出端子通過導線與變壓器鐵心模型的激磁線圈一端相連，變壓器鐵心模型的激磁線圈另一端通過導線和開關Kl與接觸調壓器的輸出端b連接，功率分析儀的電壓測量端子與變壓器鐵心模型的激磁線圈相連，數字示波器的測量探頭與變壓器鐵心模型的測量線圈通過開關K2 相連，上述的激磁線圈為變壓器鐵心一次側線圈，測量線圈為變壓器鐵心二次側線圈；B.用由A製作的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置，按以下的步驟獲得在O. IA 2A範圍中一個任意給定直流勵磁電流Ide作用時的被測變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線，下述的交流工作點是指工頻為50HZ時的不同交流勵磁電壓幅值也即工頻交流電源輸出的電壓Ug第一步，施加一個任意給定的直流勵磁電流Id。於上述變壓器鐵心模型，測量在Ug =27V 486V範圍中各個不同交流工作點作用下的上述變壓器鐵心模型的測量線圈的感應電壓e(t)的波形；第二步，施加同第一步的直流勵磁電流Id。於上述變壓器鐵心模型，測量和第一步中對應的不同交流工作點作用下的上述變壓器鐵心模型的有功功率即變壓器鐵心模型的變壓器鐵心材料的總損耗；第三步，對第一步中測量得到的變壓器鐵心模型的測量線圈的感應電壓e(t)的波形採用公式(I)計算該變壓器鐵心模型中的交流磁通Φ
權利要求
1.變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，其特徵在於步驟如下A.製作變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置主要用接觸調壓器、變壓器鐵心模型、直流電流源、功率分析儀、數字示波器和工頻交流電源按以下連接構成本實施例的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置，其中，變壓器鐵心模型包括變壓器疊片鐵心、激磁線圈和測量線圈，所述變壓器鐵心模型是為完全按照電力變壓器鐵心的製造標準和疊裝工藝設計製作的產品級模型， 工頻交流電源兩極分別通過導線和兩個限流電阻R1及R2連接至接觸調壓器中的輸入端A 和輸入端B，接觸調壓器中的輸出端a通過導線與開關Kl連接至直流電流源的輸入端，直流電流源的輸出端通過導線與功率分析儀的電流輸入端子相連，功率分析儀的電流輸出端子通過導線與變壓器鐵心模型的激磁線圈一端相連，變壓器鐵心模型的激磁線圈另一端通過導線和開關Kl與接觸調壓器的輸出端b連接，功率分析儀的電壓測量端子與變壓器鐵心模型的激磁線圈相連，數字示波器的測量探頭與變壓器鐵心模型的測量線圈通過開關K2相連，上述的激磁線圈為變壓器鐵心一次側線圈，測量線圈為變壓器鐵心二次側線圈。B.用由A製作的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法的所用裝置，按以下的步驟獲得在O. IA 2A範圍中一個任意給定直流勵磁電流Ide作用時的被測變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線，下述的交流工作點是指工頻為50HZ時的不同交流勵磁電壓幅值也即工頻交流電源輸出的電壓Ug第一步，施加一個任意給定的直流勵磁電流Id。於上述變壓器鐵心模型，測量在Ug = 27V 486V範圍中各個不同交流工作點作用下的上述變壓器鐵心模型的測量線圈的感應電壓e⑴的波形；第二步，施加同第一步的直流勵磁電流Id。於上述變壓器鐵心模型，測量和第一步中對應的不同交流工作點作用下的上述變壓器鐵心模型的有功功率即變壓器鐵心模型的變壓器鐵心材料的總損耗；第三步，對第一步中測量得到的變壓器鐵心模型的測量線圈的感應電壓e(t)的波形採用公式(I)計算該變壓器鐵心模型中的交流磁通Φ
2.根據權利要求I所述變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，其特徵在於所述不同交流電壓工作點的獲得方法是通過在27V 486V範圍內以20V步進來調節交流電源的輸出，使得變壓器鐵心模型處於不同的交流工作點。
3.根據權利要求I所述變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，其特徵在於在所述變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法所用的裝置中，變壓器鐵心模型的變壓器疊片鐵心截面面積為2. 77X 103mm2，激磁線圈的總匝數為312匝，分為三層，各層匝數由裡到外依次為108匝、104匝、100匝，激磁線圈線規為0 I. 6mm，測量線圈匝數為312匝，分為三層，各層匝數由裡到外依次為108匝、104匝、100匝，測量線圈線規為0O.56mm,變壓器鐵心接縫面積為4. 01 X IO3Him2。
4.根據權利要求I所述變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，其特徵在於在所述變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法所用的裝置中，變壓器鐵心模型採用45°全斜接縫、每級兩片和三級步進5mm搭接的疊裝工藝製作而成。
全文摘要
本發明變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線的獲得方法，涉及材料磁變量的測量，步驟如下先用接觸調壓器、變壓器鐵心模型、直流電流源、數字示波器、功率分析儀和工頻交流電源製作本發明方法的所用裝置，再用該裝置按六個步驟操作獲得在0.1A～2A範圍中一個任意給定直流勵磁電流Idc作用時即在有直流偏置磁場作用下的被測變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線。本發明方法採用和實際變壓器發生直流偏磁時相同的交直流串聯激勵的方式，模擬直流偏磁工作條件下疊積型鐵心材料中的直流磁通，完全符合電力變壓器發生直流偏磁的實際情況，獲得的變壓器鐵心材料的直流偏磁比總損耗曲線接近真實值。
文檔編號G01R33/12GK102608552SQ20121010986
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月14日 優先權日2012年4月14日
發明者劉蘭榮, 劉福貴, 張俊傑, 李永建, 汪友華, 程志光, 趙志剛 申請人:河北工業大學