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河北工业大学机械工程学院、河北省电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室的研究人员戈文祺、汪友华等，在2015年第16期《电工技术学报》上撰文，大型电力变压器在各种检测以及运行之后，由于其铁心结构的封闭性以及铁磁材料固有的磁滞现象，会在铁心中留有剩磁。剩磁的存在将加速电力变压器铁心的磁化饱和，产生励磁涌流。 本文提出一种新的剩磁测量方法，通过分析剩磁产生的原理，对已知电力变压器进行电磁暂态仿真分析建立剩磁-电流的关系式。选取环形变压器铁心搭建实验检测电路，处理实验得到暂态测量电流信号，并将结果代入已建立的剩磁-电流关系式中，得到电力变压器铁心中的剩磁。在已知剩磁的基础上研究已有的去磁方法，选取直流法削弱剩磁，根据测量得到的剩磁进行去磁电流设定。通过消磁前后的测量电流波形对比说明能够有效地削弱剩磁，达到减小涌流的目的，验证了去磁方法的有效性。 电力变压器投入运行再切出运行的过程，由于铁磁材料的磁滞特性，铁心中会留有剩磁。在轻载或者空载的情况下合闸通电，可能导致绕组产生励磁涌流[1-3]。较高的励磁涌流将产生过电压使断路器跳闸、电力变压器合闸操作频频失效，甚至烧毁器件，造成一定的经济损失。 变压器励磁涌流产生的原因在于铁心因合闸角、剩磁等条件的综合作用而进入饱和区甚至是深度饱和区[1]。由于剩磁是励磁涌流的主要影响因素之一，正确检测剩磁对减少涌流的研究有很大帮助。现有的剩磁分析方法基本上分为以下几种： （1）依据实际操作经验估计剩磁，一般认为实验运行后剩磁为20%～80%饱和磁通值范围[4,5]，激励时根据经验选取剩磁，这种方法目前被广泛运用于各大变压器厂家出厂检测空载合闸前的剩磁预测中。 （2）D. I.Taylor等提出一种预充磁（pre- fluxing）分析法[7,8]，即给铁心加载激励至一个较大的已知磁通值，使得原有剩磁被覆盖，然后以新的已知剩磁为基础进行分析，利用选相合闸操作削弱励磁涌流。 （3）武汉大学的乌云高娃等在分析磁性材料的时效特性的基础上，结合Preisach模型及其特性，通过记录切出电流，推导了分段计算铁心剩磁的方法[6]。提出单相变压器抑制励磁涌流的合闸角策略，并用选相合闸操作去除剩磁对励磁涌流的影响。 （4）通过搭建外接检测电路，在变压器运行结束时，记录电压的波形和相角变化，对切除时刻的电压积分求取剩磁值[9,10]。 前面提到的两种方法没有准确得到原剩磁值，虽然预充磁法有一定的可行性，但是对大型铁磁结构的器件，加载较大的磁通需加载大电流，而电流将会对电力变压器铁心本身产生较大影响，存在实际操作的局限性。 后两种方法没有考虑到感性元件电流不能突变为零的特点，直接将切除时刻的铁心磁通等效为剩磁。感性元件电流衰减过程实际也可以等效一个去磁过程，使得测量剩磁值并不准确，且选相合闸检测设备费用高，操作复杂[9]。 现有电力变压器励磁涌流分析方法中，并没有一种能够便捷高效地确定剩磁影响的方法。鉴于以上情况，本文提出一种新的剩磁测量方法，以铁磁材料的特性曲线（B-H关系曲线）为基础，建立电力变压器电磁暂态仿真模型。加载直流恒流激励模拟合空变操作前剩磁情况，通过对待测变压器的空载合闸电磁暂态过程的分析，检测电流变化分布，建立剩磁与电流变化值的对应关系式，实验表明，能较精确地得到变压器再次投入运行前铁心中的剩磁。 结论 本文提出一种测量剩磁、削弱剩磁的方法。从剩磁产生的原理出发，在铁心绕组中加载小信号直流激励，对已知电力变压器进行电磁暂态仿真分析，并基于仿真分析结果建立剩磁与电流的关系式。搭建环形变压器铁心的实验检测电路。分析示波器中读取的暂态测量电流信号并将结果代入建立的剩磁-电流关系式中，通过剩余磁通的测量值与计算值的比较，测量结果同预设剩磁的相对误差在7%以内，说明该剩磁检测方法具有较高的精度。 研究已有的去磁方法，根据测量分析得到的剩磁，选取直流法削弱剩磁。通过消磁前后的测量电流波形对比，证明能够更有效地削弱剩磁。本方法通过监测暂态合闸时刻铁心电流的大小，可有效地检测铁心剩磁的实时情况，消除剩磁影响，避免正常加载运行时铁心进入深度饱和状态，从根本上减少励磁涌流对电力变压器的影响。 |
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