一种基于漏磁检测的变压器铁芯剩磁估算方法与流程

本发明涉及一种变压器铁芯剩磁估算方法，尤其涉及一种基于漏磁检测的变压器铁芯剩磁估算方法。

背景技术：

变压器铁芯中的剩磁会在铁芯周围形成漏磁场，剩磁越大，相应的漏磁也会越大。霍尔传感器是一种基于霍尔效应制成的磁敏传感器，可以将磁场信号转换为电信号，当激励电流给定，霍尔传感器输出的霍尔电势与磁感应强度成正比。分立霍尔元件能检测10^-8t强度的弱磁场，且线性度较好。将霍尔传感器置于变压器漏磁场较强的位置，传感器输出的电信号经放大器放大后输入到ad转换器，即可实现对变压器漏磁场的测量。

变压器铁芯剩磁的大小对变压器空载合闸后磁路饱和的程度有严重影响。目前获取变压器铁芯剩磁的方法主要分为三大类：根据经验对剩磁取值；对变压器充磁获得目标剩磁值；对绕组电压积分求剩磁值。经验法和充磁法都无法获知准确的初始剩磁情况，充磁法还需要引入外部激励电流，对电力变压器乃至整个系统存在冲击。电压积分法忽略了剩磁衰退等情况的影响，结果误差大。可见，变压器的剩磁难以直接准确测量，目前还没有一种成熟有效的变压器铁芯剩磁数值获取方法。

技术实现要素：

发明目的：针对现有的技术存在的上述问题，本发明提供一种基于漏磁检测的变压器铁芯剩磁估算方法，以解决变压器铁芯剩磁难以快速准确测量的问题。

技术方案：本发明的基于漏磁检测的变压器铁芯剩磁估算方法包括如下步骤：s1：将漏磁检测元件放置在变压器铁芯表面漏磁信号最强处；s2：通过放置好的漏磁检测元件采集变压器铁芯中不同剩磁情况下漏磁检测元件放置处的漏磁值；s3：基于有限元方法模拟所述变压器铁芯中不同剩磁情况下检测元件放置处的漏磁值，拟合得到漏磁与剩磁的数学表达式；s4：将用于漏磁检测元件采集到的漏磁值代入数学表达式，计算出变压器铁芯中的剩磁值。

进一步地，所述的漏磁检测元件为磁传感器。

进一步地，所述的漏磁检测元件为线型霍尔传感器。

进一步地，当变压器为单相变压器时，漏磁检测元件的个数为一个且放置在铁芯柱和铁轭的内侧交界处；当变压器为三相变压器组时，漏磁检测元件的个数为三个且分别放置在每一相铁芯柱和铁轭的内侧交界处；当变压器为三相三柱式变压器时，漏磁检测元件的个数为两个且对称放置在左右两相铁芯柱和铁轭的内侧交界处。

进一步地，在步骤s3中，漏磁与剩磁的数学表达式，由有限元方法模拟变压器铁芯中具有不同剩磁时漏磁检测元件所处位置的漏磁值拟合得到。

进一步地，在步骤s4中，当变压器为三相三柱式变压器时，将左右两侧漏磁检测值分别代入拟合的数学表达式，得到左右两相铁芯柱中的剩磁值，根据三相剩磁之和为零，计算出中间相铁芯柱的剩磁值。

有益效果：本发明与现有技术相比，适用于单相变压器、三相变压器组和三相三柱式变压器等不同铁芯结构的变压器，原理简单，实施方便，对变压器本身和电力系统没有破坏与干扰，能够快速准确的获知变压器铁芯剩磁数值。

附图说明

图1为本发明单相变压器漏磁检测示意图；

图2为本发明三相变压器组漏磁检测示意图；

图3为本发明三相三柱式变压器漏磁检测示意图；

图中：1表示漏磁检测元件，2表示变压器铁芯，3表示变压器绕组，br为单相变压器铁芯剩磁，bra、brb和brc分别为三相变压器a、b、c相铁芯剩磁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明的变压器铁芯剩磁估算方法包括以下步骤：

s1：将漏磁检测元件1放置在合适的位置

一般情况下，将漏磁检测元件1放置在变压器铁芯2表面漏磁最强的地方。参照图1，单相变压器100的漏磁检测元件1的个数为一个，放置在铁芯柱和铁轭的内侧交界处。参照图2，三相变压器组200的漏磁检测元件1的个数为三个，分别放置在每一相铁芯柱和铁轭的内侧交界处。参照图3，三相三柱式变压器300的漏磁检测元件1的个数为两个，对称放置在左右两相铁芯柱和铁轭的内侧交界处。优选地，上述漏磁检测元件1为线性霍尔传感器。

s2：采集不同剩磁情况下变压器铁芯2附近的漏磁信号。

s3:采用有限元方法模拟变压器铁芯2中不同剩磁情况下漏磁检测元件1所处位置的漏磁值，拟合得到漏磁与剩磁的数学表达式。

具体地，如图1，对于单相变压器100，由于漏磁检测元件1放置在靠近左侧铁芯表面位置处，根据变压器铁芯2中不同剩磁值br情况下漏磁检测元件1所处位置的漏磁值bσ，拟合得到数学表达式：

br＝kbσ

其中，k为拟合系数。由于剩磁和漏磁强度的量级相差较大，数据拟合过程中剩磁磁感应强度的单位为mt，漏磁磁感应强度的单位为μt。

对于三相变压器组200，采用与单相变压器100类似的方式，分别拟合出a、b、c各相对应的漏磁和剩磁的数学表达式。

对于三相三柱式变压器300，采用与单相变压器100类似的方式，拟合出左右两侧(即a相和c相)对应的漏磁和剩磁的数学表达式。将左右两侧漏磁检测值分别代入拟合的数学表达式，得到左右两相铁芯柱中的剩磁值，根据三相剩磁之和为零，计算出中间相铁芯柱的剩磁值。特别地，由于变压器铁芯结构对称，且左右两侧的漏磁检测元件1的放置位置对称，左右两侧的漏磁值与相应铁芯柱中剩磁值的数量关系可以用同一个数学表达式描述。

s4：将用于漏磁检测元件1采集到的漏磁值代入拟合的数学表达式，计算出变压器铁芯2中的剩磁值。

下面以采用b27g120型号硅钢片的10/0.4kv三相三柱式变压器为例，对基于漏磁检测的变压器铁芯剩磁估算方法进行具体说明。首先按照图3所示，对称放置左右两侧的漏磁检测元件1。对左侧漏磁检测元件1所处位置的漏磁值bσ1及左侧铁芯柱中的剩磁bra进行线性拟合，由于剩磁和漏磁强度的量级相差较大，数据拟合过程中剩磁磁感应强度的单位为mt，漏磁磁感应强度的单位为μt，得到数学表达式：

bra＝kabσ1

式中，ka为a相对应的拟合系数。

对于c相，有brc＝kcbσ1，且ka＝kc。将左右两侧漏磁检测信号分别代入所述的数学表达式，得到三相三柱式变压器左右两相(即a相和c相)铁芯柱中的剩磁值，根据三相剩磁之和为零，计算出中间相铁芯柱(对应b相)的剩磁值。表1展示了不同剩磁情况下三相三柱式变压器中各相铁芯中实际剩磁和估算剩磁值的比较。为了更好地观察拟合结果，对每一相剩磁拟合结果求误差率，取三相误差率的最大值列入表1中。

表1

由表1可知，由线性拟合方法得出的三相剩磁估算值误差率均不超过5％，有较高的准确率。

本发明适用于单相变压器、三相变压器组和三相三柱式变压器等不同铁芯结构的变压器，原理简单，实施方便，对变压器本身和电力系统没有破坏和干扰，能够快速准确地获知变压器铁芯剩磁数值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。