本發(fā)明涉及高壓輸電線領(lǐng)域，具體涉及一種用于分析高壓輸電線路感應(yīng)取電裝置鐵磁特性的方法。

背景技術(shù)：

架空高壓輸電線路是電力能源輸送的大動脈，其特點是架空懸掛結(jié)構(gòu)、高電壓、大電流、常年工作在野外環(huán)境。為了保證輸電線路長期穩(wěn)定高質(zhì)量地傳輸電力，越來越多的儀器和帶電作業(yè)設(shè)備用于高壓輸電線路的實時監(jiān)控或維護，這些設(shè)備長期工作在野外，無人值守。能量補充問題是保證這些設(shè)備穩(wěn)定可靠運行的前提。最有發(fā)展前景的供電方式是直接從輸電線路上感應(yīng)取電方式。

當(dāng)初級電壓(或電流)過大時，電流互感器鐵芯便容納不下它所產(chǎn)生的磁場，會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象。飽和了的磁芯導(dǎo)磁率會降低,使次級輸出電壓(或電流)出現(xiàn)平頂?shù)娘柡托螤睢Ｔ诖棚柡蜖顟B(tài)下，鐵芯會嚴(yán)重震動并且發(fā)熱，非常不利于取電裝置長時間運行；在一次側(cè)電流很大時還會產(chǎn)生高峰值電壓威脅前端器件,不適合現(xiàn)場運行。深度飽和時感應(yīng)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,成為尖頂脈沖波。雖然有效值基本不變,但是峰值急劇增大,可達到幾百伏,對后端器件的耐壓提出了很高要求。長期工作在深度飽和狀態(tài)帶來更大的影響是：鐵損居高不下,線圈溫升過高，有可能引起高頻振動,甚至燒壞圈。因此,應(yīng)盡量防止鐵心工作在飽和狀態(tài),必須避免長期工作在深度飽和狀態(tài)。

為避免鐵心長期深度飽和，曾有學(xué)者提出一些控制電路來控制磁通大小,使取能線圈工作于非飽和狀態(tài)，取得了一定效果,但普遍存在電路過于復(fù)雜的問題。同時在磁飽和時，引發(fā)暫態(tài)勵磁涌流，使得磁性材料的非線性特性更加難以測量。因此提出一種新的、簡潔的分析鐵芯鐵磁特性，通過試驗進行磁性材料特性測量得到磁性材料的非線性特性，進而防止磁飽和的方法迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種用于分析高壓輸電線路感應(yīng)取電裝置鐵磁特性的方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于分析高壓輸電線路感應(yīng)取電裝置鐵磁特性的方法，包括如下步驟：

S1選取鐵芯材料，確定線圈匝數(shù)；

S2鐵芯磁化曲線的測量；

S3簡化電流互感器鐵芯模型。

所述S1選取鐵芯材料，確定線圈匝數(shù)，具體為：

設(shè)蓄電池電壓為Vbat,在T/2時間內(nèi)鐵芯磁感應(yīng)強度從負飽和磁感應(yīng)強度到正飽和磁感應(yīng)強度增長，增長斜率為:

又因為二次側(cè)電壓滿足：

由(1)和(2)，得

其中，Bsat為飽和磁感應(yīng)強度，A為鐵芯截面積，N₂為線圈匝數(shù)。

所述S2中鐵芯磁化曲線的測量，具體為：N1為磁化線圈的線圈匝數(shù)，N2為測量線圈的線圈匝數(shù)，磁化線圈的電流用電流表測量，測量線圈的開路電壓用電壓表測量：

根據(jù)安培環(huán)路定律：

和磁感應(yīng)強度峰值推倒公式

根據(jù)式(5)和式(6)確定Hm和Bm的值，繪出磁化曲線，Ee為感應(yīng)電動勢的有效值，Se為環(huán)形鐵芯的截面積，f為工頻頻率。

所述S3簡化電流互感器鐵芯模型，具體采用對鐵芯進行伏安特性實驗，得到鐵芯的T型簡化電路。

所述伏安特性實驗具體為：互感器一次繞組開路的情況下在二次繞組上施加實際正弦波交流電壓，測量相應(yīng)的勵磁電流或者直接將鐵芯掛在大電流發(fā)生器的架空線路上，通過在一次測加不同大小的正弦波電流，測得二次繞組開路電壓和短路電流，得到T型電路各個參數(shù)的值。

電壓表及電流表具體是采用Tektronix DPO 4054數(shù)字示波器。

本發(fā)明的有益效果：

通過使鐵芯工作在接近磁飽和的線性區(qū)域，從而簡化電流互感器的等效電路，避免磁飽和時復(fù)雜的電磁關(guān)系，進而分析出電流互感器鐵芯的等效電路。

附圖說明

圖1是磁化曲線的原理圖；

圖2是鐵芯伏安特性實驗的接線圖；

圖3是本發(fā)明簡化后的T型等值電路；

圖4本發(fā)明的工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

如圖4所示，一種用于分析高壓輸電線路感應(yīng)取電裝置鐵磁特性的方法，包括如下步驟：

S1選取鐵芯材料，確定線圈匝數(shù)；

鐵芯材料的選擇原則是盡量減小啟動電流，提高能量傳遞效率，降低損耗。然后根據(jù)電磁學(xué)的基本理論確定線圈匝數(shù)和最小啟動電流的關(guān)系，根據(jù)實驗確定最優(yōu)線圈匝數(shù)，使鐵芯工作的磁感應(yīng)強度等于飽和磁感應(yīng)強度，使得感應(yīng)取電裝置能量提取功率大、充電電流波動小、發(fā)熱小。

設(shè)蓄電池電壓為Vbat,在T/2時間內(nèi)鐵芯磁感應(yīng)強度從負飽和磁感應(yīng)強度到正飽和磁感應(yīng)強度增長，增長斜率為:

又因為二次側(cè)電壓滿足：

由(1)和(2)，得

其中，Bsat為飽和磁感應(yīng)強度，A為鐵芯截面積，N₂為線圈匝數(shù)。

在實際應(yīng)用中，鐵芯的截面積受制于用電設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸蓄電池電壓也是由用電設(shè)備給定的。高壓輸電導(dǎo)線的負載電流在大多數(shù)情況下也只在一個相對較低的有效值水平。因而最優(yōu)參數(shù)匹配實質(zhì)上是在給定電池電壓、導(dǎo)線負載電流和鐵芯截面積條件下，來確定最優(yōu)線圈匝數(shù)。

S2鐵磁材料磁化曲線的測量

反映磁感應(yīng)強度B隨磁場強度H變化的磁化曲線是反應(yīng)材料性能的重要曲線，特性曲線的測量也是工業(yè)磁性測量的重要內(nèi)容之一，因此，準(zhǔn)確、簡單地測量磁性材料的磁化曲線，并由此做出分析和推斷是對設(shè)備準(zhǔn)確研究和設(shè)計的基礎(chǔ)，如圖1所示

具體為：N1為磁化線圈的線圈匝數(shù)，N2為測量線圈的線圈匝數(shù)，磁化線圈的電流用電流表測量，測量線圈的開路電壓用電壓表測量：

根據(jù)安培環(huán)路定律：

和磁感應(yīng)強度峰值推倒公式

根據(jù)式(5)和式(6)確定Hm和Bm的值，繪出磁化曲線，Ee為感應(yīng)電動勢的有效值，Se為環(huán)形鐵芯的截面積，f為工頻頻率。

本實施例是采用Tektronix DPO 4054數(shù)字示波器代替電壓表及電流表進行測量。

S3簡化電流互感器鐵芯模型。

為了使鐵芯工作在穩(wěn)定的接近磁飽和的近似線性區(qū)，必須簡化架空輸電線路上的鐵芯磁特性模型，本實施例通過對鐵芯進行伏安特性實驗，得出鐵芯的T型簡化電路。

如圖2及圖3所示，電流互感器伏安特性試驗方法是在互感器一次繞組開路的情況下在二次繞組上施加實際正弦波交流電壓，測量相應(yīng)的勵磁電流。也可以直接將鐵芯掛在連接大電流發(fā)生器的架空線路上，通過在一次測加不同大小的正弦波電流，測得二次繞組開路電壓和短路電流。這樣可以解出T型電路各個參數(shù)的值。

通過合理配置鐵芯截面積、次級繞組匝數(shù)、鐵芯飽和磁感應(yīng)強度、電池電壓等參數(shù)使鐵芯工作的磁感應(yīng)強度接近飽和磁感應(yīng)強度，使得感應(yīng)取電裝置能量提取功率大、充電電流波動小、鐵芯發(fā)熱小。此時鐵芯工作在磁化曲線的近似線性區(qū)，也就是非飽和區(qū)。電流互感器二次側(cè)短路電流和開路電壓都隨著一次測電流的變化而呈線性變化。從而可以簡化出電流互感器鐵芯的簡化T型電路。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。