- 頭條河北工業大學科研人員提出一種外施直流電壓的變壓器剩磁測量方法2022-08-05 作者：任于展、武仕樸 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電力變壓器在空載合閘過程中產生的勵磁涌流會對電網及設備產生諸多不利影響。為有效削弱鐵心中的剩磁以降低勵磁涌流出現的概率，準確測量鐵心內剩磁的大小及方向十分必要。基于磁性材料的電磁暫態特性，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室的研究人員任于展、武仕樸、汪友華、劉成成、火彩玲，在2022年第5期《電工技術學報》上撰文，提出一種外施直流電壓的剩磁測量方法。研究結果表明，該方法對變壓器鐵心內剩磁具有較高的測量精度。
大型電力變壓器在檢測試驗和在線運行分閘之后，由于鐵磁性材料的磁滯特性，鐵心中會殘留一定的剩余磁通。變壓器空載合閘時，剩磁的存在會加速鐵心半周飽和，在一定電源電壓作用下，可產生幅值相當于6~8倍額定電流的勵磁涌流。勵磁涌流容易導致繼電保護誤動作、電網電壓下降、變壓器繞組應力增大與損壞敏感電力電子器件等不良影響，危及公共電網的安全運行。
選相合閘技術通過控制斷路器的合閘時間（即合閘時系統電壓的初相角），在鐵心中的預感應磁通與剩磁相等時投入變壓器，可避免鐵心飽和，從而有效地抑制勵磁涌流。該技術比基于合閘電阻與并聯電容器的限制涌流措施更可靠、更經濟。但這要求空載合閘前準確地預估鐵心內剩磁的大小及方向，因此剩磁的準確測量對大型電力變壓器保護具有重要參考意義。
近年來，國內外學者相繼提出了一些剩磁的測量方法，但是相關學者的研究存在測量結果準確性低、實際應用誤差大等問題。
針對現有研究存在的問題，省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室（河北工業大學）、河北省電磁場與電器可靠性重點實驗室的研究人員從電力變壓器鐵心剩磁產生機理出發，依據鐵心材料電磁暫態特性建立可測量參數與剩磁之間的關系，提出了一種基于暫態電流差極值特征的剩磁測量方法。
他們首先依據變壓器等效電路模型，推導得到暫態電流差極值與剩磁之間的關系；然后以不同剩磁下鐵心材料的磁特性曲線為基礎，利用有限元軟件對待測變壓器鐵心進行建模和計算，通過仿真分析確定相關測試激勵的參數，并依據計算結果擬合得到剩磁與暫態電流差極值參數之間的經驗公式；最后搭建方形鐵心的實驗測量平臺，驗證提出測量方法的可行性。
圖1 實驗測量平臺
研究人員的測量結果表明通過暫態電流差極值能夠定量檢測鐵心內剩余磁通密度，且測量精度較高。該剩磁測量方法具有以下幾點優勢：1）選取直流電壓小信號作為測試激勵，便于在實際現場中獲得；2）測量過程前后，測試激勵對鐵心內剩磁影響較小同時不對變壓器做任何要求；3）避免了鐵心磁黏性現象導致的誤差干擾，有利于提高剩磁測量精度；4）測量波形局限在較低的頻帶，對測量設備要求不高，便于應用推廣。
他們表示，在后續工作中，將對不同類型的變壓器鐵心結構進行研究分析，并依據本課題的研究結論提高選相合閘技術準確度和退磁方式的改進，削弱勵磁涌流的影響。
本文編自2022年第5期《電工技術學報》，論文標題為“基于暫態電流差極值的電力變壓器剩磁測量方法”。論文第一作者為任于展，1997年生，碩士研究生，研究方向為工程電磁場與磁技術。通訊作者為汪友華，1964年生，教授，博士生導師，研究方向為工程電磁場與磁技術、磁材料特性的建模與測量、電磁冶金與全局優化設計。本課題得到了國家自然科學基金資助項目的支持。
