用于直流偏磁动态磁通测量的c型传感器及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气设备磁通的测量，具体地指一种直流偏磁动态磁通测量C型传感 器及其检测方法，属于电气设备检测领域。
【背景技术】
[0002] 直流偏磁是电磁设备运行过程中的一种非正常工作状态，其在电磁领域广泛存 在，例如：磁控饱和电抗器就是通过控制铁心中的直流偏磁来达到控制电感量的目的。再 者，随着电力电子技术的高速兴起，整流、逆变电路广为应用给变压器绕组中带来一定的直 流分量，尤其在高频时更为明显，从而严重影响了电能质量。此外，我国远距离大容量特高 压交直流电网较为集中，造成了地电位的提高，带来一系列的变压器直流偏磁问题，在高炜 度地区因太阳磁暴等引起的地磁感应电流（GIC)也是如此，导致了变压器中性点注入直流 电流，进而引发一系列谐波、无功、涡流、噪声等问题，因此对直流偏磁条件下的磁通测量越 发显得重要。
[0003] 目前，国内外实时在线测量变压器、铁心电抗器等高压设备磁通的方法和装置基 本处于空白状态，而传统的离线测量方法通常有三种：爱泼斯坦方圈法、环形试样法和单片 测量法，但这三种方法皆有很大的局限性，具体为：
[0004] 1、爱泼斯坦方圈法和环形试样法是传统的测量方法，对磁感应强度的测量都是利 用电磁感应定律得到的，对磁场强度的测量是根据安培环路定律得到的，样片中安培环路 定律磁路长度难以精确确定。
[0005] 2、爱泼斯坦方圈法和环形试样法的样片制作难度大。爱泼斯坦方圈法所需要的样 片必须严格按照规定的尺寸制成样片，而且样品制定的最低数量和质量也有限制。而环形 试样法样片必须制成圆环状，制作起来难以实现。
[0006] 3、单片测量法是日本学者TakaakiYamayoto等提出的一种新型方法，但也只适用 于直流或者交流激励下铁磁材料磁化特性的测量。
[0007] 后来有学者提出基于振动的在线测量，但是直流偏磁下待测设备的振动特性与直 流偏磁、铁心的励磁特性、负载电流等因素紧密相关，现场测试受多种因素影响，难以准确、 清晰地反映直流偏磁下的磁通特性。
[0008] 综上所述，传统的方法需要制造各式各样的样片，造成大量的材料浪费，更重要的 是它们只能保证离线测量的数据，而现实运行中通常包含交流和直流的两种信号，尽管此 后国内外学者在此基础上结合一系列的数学方法外推合成数据，但与现实准确值仍存在一 定差距。
【发明内容】
[0009] 本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种直流偏磁动态磁通测量C 型传感器及其检测方法，该C型传感器无需样片，通过传感器的辅助铁心与待测电磁设备 主铁心共享一部分磁路，根据磁路中磁阻的变化将引起辅助铁心上绕组电感值的变化，通 过测量辅助铁心绕组的电感值，便能实时在线得到主铁心中的磁通动态变化波形。
[0010] 实现本发明目的采用的技术方案是：一种用于直流偏磁动态磁通测量的C型传感 器，包括：
[0011] C型辅助铁心，包括铁心主体以及铁心主体两端向同侧的延伸部分；
[0012] 辅助线圈，绕制于所述铁心主体上；
[0013] 高频交流驱动电路，包括MOSFET桥式逆变电路，所述MOSFET桥式逆变电路用于将 直流电源变为高频交流以驱动辅助线圈；
[0014] 电流互感器，用于检测所述辅助线圈中的回路电流；
[0015] 输出电路，与所述电流互感器连接，用于处理电流互感器检测的电流后输出。
[0016] 进一步地，所述输出电路包括全桥整流电路、RC滤波电路和放大电路，所述电流互 感器检测的电流依次经过所述全桥整流电路整流、RC滤波电路滤波和放大电路放大后输 出。
[0017] 在上述技术方案中，所述C型辅助铁心的相对磁导率1^与待测电磁设备主铁心 的相对磁导率满足ya/ym> 1.0 ;所述c型辅助铁心的宽度&3与待测电磁设备主铁心 宽度《之比满足aa/?彡0. 5 ;C型辅助铁心的长度ca与待测电磁设备主铁心宽度《之比 满足ca/?彡1. 0。
[0018] 进一步地，所述ya/ym= 2,aa/? = 0? 05,ca/? = 0? 5。
[0019] 本发明还提供一种通过上述C型传感器测量磁通的方法，该方法包括：
[0020] 将C型传感器置于待检测电力装置上，使该传感器铁心主体与待检测电力装置的 主铁心共享一部分磁路；
[0021] 测量辅助线圈上的输出电压％、主铁心激励绕组的励磁电流im及直流绕组的直流 电流id。对比主铁心铁磁材料BH曲线即可实时反映动态磁通测量，从而完成磁通在线测量。
[0022] 在上述技术方案中，未加直流偏磁ud。时，在测量绕组辅助线圈的两端通过逆变电 路产生高频交流电压uflux;
[0023] 辅助线圈的电流经过电流互感器取出后通过输出电路，输出电路将互感器二次电 流转换可被检测的电压值％;
[0024] 测量主铁心激励绕组中的电流乜，得到曲线；
[0025] 根据安培环路定律得：HLe=im，式中，H为被测电磁设备主铁心铁磁材料磁场强 度；为被测电磁设备主铁心平均有效磁路长度；i为被测电磁设备主铁心励磁电流；
[0026] 计算得到％-H曲线，％-H曲线与铁磁材料标准BH曲线变化趋势一致，将两者对应 比较便可以得到％与B关系，从而得到无直流偏磁下，待测电磁设备主铁心的动态BH变化 曲线；
[0027] 加载直流偏磁ud。，测量被测设备主铁心激励绕组的励磁电流im和直流绕组直流 电流id。，从而得到不同直流偏磁下，待测电磁设备主铁心的动态BH变化曲线。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0029] 1)由于待测电磁装置运行中的不确定性，外部干扰多，各种参数都有可能变化，本 发明以现实运行待测电磁装置为基础，放置C型传感器，避免了传统测量的样片制作困难， 只是从材料上离线测量，结合数学外推数据合成方法的弊端，而且节省了制作众多检测样 本的材料，实现经济上的可行性。
[0030] 2)本发明利用高频交流信号驱动辅助铁心，结合交流信号的趋肤效应，减小对原 磁通的影响，放大电感的感抗值，跟频率成正比，使得测量的电感值就更准确。
[0031] 3)本发明适用范围广，能够检测变压器、磁控饱和电抗器、电机等一系列电磁设 备，而且操作简单。
[0032] 4)本发明的辅助铁心高频驱动电路采用MOS