本發(fā)明屬于鐵磁元件空載特性測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，主要包含空載損耗、勵磁特性、空載電流諧波含量測量，具體涉及變壓器、互感器、電抗器等鐵磁元件。
背景技術(shù)：
：變壓器、互感器、電抗器等鐵磁元件作為電力系統(tǒng)中最重要的輸變電設(shè)備，其性能的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行。鐵磁元件的空載損耗、勵磁特性和空載電流諧波含量是反應(yīng)鐵磁元件鐵心性能的重要指標(biāo)?！禛B1094.1-2013電力變壓器第一部分：總則》，要求空載損耗和空載電流測量為例行試驗，可以作為檢查和發(fā)現(xiàn)試品磁路中的局部缺陷和整體缺陷?！禞B/T501-2006電力變壓器試驗導(dǎo)則》中規(guī)定：進行空載試驗時，應(yīng)從試品各繞組中的高壓側(cè)繞組(一般為低壓繞組)供給額定頻率的額定電壓，其余繞組開路；變壓器空載電流諧波測量為特殊試驗，通過檢測空載電流諧波構(gòu)成及數(shù)值以檢查鐵心的飽和程度，驗證設(shè)計的合理性?！禛B22071.1-2008互感器試驗導(dǎo)則第1部分：電流互感器》和《GB22071.2-2008互感器試驗導(dǎo)則第2部分：電壓互感器》都規(guī)定需要對電壓(電流)互感器進行勵磁特性試驗?！禛B1094.6-2011電力變壓器第6部分：電抗器》也規(guī)定了電抗器須進行空載損耗的測量。但隨著電網(wǎng)電壓等級的提高，變壓器等鐵磁元件的電壓等級和容量也逐漸增大，進行空載試驗時所需要的試驗設(shè)備容量、體積和重量往往很大，導(dǎo)致空載試驗程序復(fù)雜、操作人員人身安全得不到保障。因此，尋找一種新的能簡化試驗過程，減輕試驗設(shè)備重量和體積的鐵磁元件空載特性試驗方法很有必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有的鐵磁元件空載特性測量方法的不足，本發(fā)明提出了一種采用低頻電源進行鐵磁元件空載試驗。由E＝4.44fNΦ可知，鐵磁元件的鐵心飽和電壓基本與電源頻率成正比，在低頻電源的激勵下，能夠大大降低電源電壓，而空載電流基本不變，因而能成倍減小試驗電源的容量。測量低頻下的空載損耗、空載電流及其諧波特性，再根據(jù)相關(guān)算法計算折算至工頻試驗條件下的空載損耗、空載電流及其諧波含量，達到用低頻試驗來代替工頻試驗的目的。試驗證明，這種方法與直接采用工頻試驗法具有較好的一致性。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鐵磁元件空載特性的低頻測量方法，其特征是：1、建立鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路模型,圖1所示。其中Rdc為繞組上的直流電阻，Lσ為該側(cè)繞組漏感，Re為渦流損耗等效電阻，帶磁滯回環(huán)的非線性電感Lm為勵磁電感，磁滯損耗Ph包含在Lm中。iex(t)為勵磁電流，im(t)為流過Lm的磁化電流，ie(t)為渦流損耗等效電流，u(t)為施加在繞組上的勵磁電壓；2、鐵磁元件空載損耗主要是鐵心損耗，鐵心損耗主要由磁滯損耗和渦流損耗組成：PCore=Ph+Pe=ChfBmnV+CeΔ2f2Bm2V=Whf+Wef2---(1)]]>式中，Ph和Pe分別為磁滯損耗和渦流損耗；Ce為渦流損耗系數(shù)，電阻率確定；Ch為磁滯損耗系數(shù)，材料性質(zhì)決定；Bm為鐵心磁通峰值；f為頻率；V為鐵心體積；Δ為硅鋼片厚度；Wh(W/Hz)和We(W/Hz2)分別為每個磁化周期產(chǎn)生的單位磁滯和渦流損耗。因此如果保證不同頻率下的Bm一致，則可以認(rèn)為We、Wh為常數(shù)，試驗時，保證不同頻率下的U/f一致，則可以認(rèn)為Bm相等。通過兩個不同頻率下的鐵心損耗可求出Wh和We的值；3、讓繞組高壓側(cè)開路，低壓側(cè)施加電壓，記錄兩個不同頻率下U/f相等時的電壓電流數(shù)據(jù)。鐵損耗的計算公式：PFe=1T∫0Tu(t)·iex(t)dt-Iex2·Rdc---(2)]]>式中,u(t)是施加在繞組兩端的電壓，iex(t)是勵磁電流，Iex是其有效值；4、計算各個頻率下對應(yīng)的鐵損耗，得到：PCore1=Whf1+Wef12PCore2=Whf2+Wef22---(3);]]>5、由式(3)，解方程可求得We和Wh為：We=f1PCore2-f2PCore1f1f2(f2-f1)Wh=f22PCore1-f12PCore2f1f2(f2-f1)---(4);]]>6、因此，折算到工頻下的鐵損耗：PCoren=fnWh+fn2We---(5)]]>其中，fn為額定頻率，一般為50Hz或者60Hz；7、鐵損耗電流可以分為磁滯損耗電流與渦流損耗電流：IFe=Ih+Ie=PFeE=WhfE+Wef2E---(6)]]>式中，IFe、Ih、Ie為對應(yīng)電流的有效值，由E＝KvfNBmS，知E與頻率f成正比，因此渦流損耗電流ie與頻率一次方成正比，磁滯損耗電流ih與頻率無關(guān)。而因為不同頻率下Bm相等，所以im相等，折算到工頻下的勵磁電流：8、因渦流損耗電流ie與頻率一次方成正比，折算到工頻下的渦流電流：Ien＝Ie·fn/f(7)9、由圖1知，渦流電流只含基波分量，因此在計算勵磁電流時只需要將渦流電流補償?shù)牡絼畲烹娏鞯幕ǚ至可?，相量圖如圖2所示，折算到工頻下的勵磁電流基波分量：10、折算到工頻下的勵磁電流：Iexn=Iexn(1)2+Σk=2∞Iex(k)2---(9)]]>其中，Iex(k)為低頻下第k次諧波電流有效值；11、空載電流諧波百分?jǐn)?shù)：K(k)=Iexn(k)Iexn×100%---(10)]]>K(k)為第k次諧波電流占基波電流有效值的百分?jǐn)?shù)，由于波形對稱正負(fù)半軸對稱，偶次諧波含量基本為零。因此k取1,3,5,7…，k>1時，低頻與工頻勵磁下的空載電流高次諧波幅值相等，即Iexn(k)＝Iex(k)；12、折算到額定頻率下的空載損耗：Pn=PCoren+PCun=PCoren+Iexn2·Rdc---(11);]]>13、由于空載時漏感上的壓降很小，可以忽略，折算到額定頻率下的勵磁電壓：Un＝E·fn/f+Iexn·Rdc(12)。這樣便可得到折算到工頻的勵磁電壓Un(工頻勵磁電壓有效值)與工頻下的空載損耗、勵磁電流及其空載電流諧波含量的對應(yīng)關(guān)系，達到采用低頻試驗來代替工頻試驗的目的。和現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:1.采用低頻正弦波電源進行試驗，可以成倍的減小試驗電源容量、體積和重量，使測試過程更加方便，成本更低；2.降低了試驗電壓，對測試設(shè)備的絕緣性能要求低，保障了試驗人員的安全。附圖說明為了使本發(fā)明的鐵磁元件的空載特性測量方法、原理更為清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步的詳細(xì)描述，其中：圖1為本發(fā)明實施例提供的一種鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種鐵磁元件勵磁電流補償?shù)南嗔繄D；圖3為本發(fā)明實施例提供的一種鐵磁元件空載特性低頻測量方法優(yōu)選實施例原理圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種鐵磁元件空載特性測量方法示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的采用本方法測量和工頻實測的對比，(a)為空載損耗測量對比，(b)為勵磁特性測量對比。具體實施方式本發(fā)明實施例提供一種鐵磁元件空載特性的低頻測量方法，為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好的理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。其測量過程如下：參見圖4，為本發(fā)明的測量方法示意圖。步驟100：根據(jù)T型等效電路模型，建立鐵磁元件一側(cè)(高壓側(cè))開路的等效電路，如圖1所示，其中Rdc為繞組上的直流電阻，Lσ為該側(cè)繞組漏感，Re為渦流損耗等效電阻，帶磁滯回環(huán)的非線性電感Lm為勵磁電感，磁滯損耗Ph包含在Lm中。iex(t)為勵磁電流，im(t)為流過Lm的磁化電流，ie(t)為渦流損耗等效電流，u(t)為施加在繞組上的勵磁電壓；步驟200：本發(fā)明提供的優(yōu)選實施例的測量過程示意圖如圖2所示，高壓側(cè)開路，低壓側(cè)施加2個頻率的低頻正弦波(保證不同頻率下的U/f相等)，數(shù)據(jù)采集裝置記錄相應(yīng)的電壓電流數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)計算各個頻率下的鐵心損耗；步驟300：根據(jù)式(3)～(4)計算每個磁化周期內(nèi)單位磁滯損耗Wh和渦流損耗We；步驟400：根據(jù)式(5)計算折算至工頻下的鐵心損耗PCoren；步驟500：根據(jù)式(6)～(8)計算折算至工頻下的渦流電流Ie，勵磁電流基波分量Iexn(1)；步驟600：根據(jù)式(9)～(10)計算折算至工頻下的勵磁電流Iexn及其諧波含量K(k)；步驟700：根據(jù)式(11)計算折算至工頻下的空載損耗Pn；步驟800：根據(jù)式(12)計算折算至工頻下的勵磁電壓有效值Un；步驟900：繪制PCoren-Un，Iexn-Un關(guān)系曲線，和K(k)-Un諧波含量表格。以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3