基于分布式交流和直流电的变压器铁芯饱和电感测量方法与流程

本发明属于变压器励磁特性测量技术领域，尤其涉及一种基于分布式交流和直流电的变压器铁芯饱和电感测量方法。

背景技术：

变压器作为一种重要的电力设备，在电力系统中发挥着重要作用，其运行条件极其复杂。铁芯是变压器的重要部件之一，其具有非线性特性。变压器在过电压、暂态冲击等影响下极易进入饱和状态甚至深度饱和状态，此时变压器的铁芯工作在非线性区。变压器铁芯进入饱和后，因饱和产生的漏磁将使箱壳等金属构件产生涡流损耗，使变压器过热，绝缘老化，影响变压器寿命，严重时会损伤周围的绝缘介质，甚至烧毁变压器。因此，研究变压器铁芯的非线性特性，测量其电感对变压器建模、结构设计、运行和维护十分重要。

国内外研究团队对变压器铁芯饱和特性的研究主要集中在软件仿真方面，对实际测量变压器饱和参数的研究较少，其主要原因在于采用传统的交流电源使变压器进入饱和甚至深度饱和在方案上有缺陷。交流电源必须能够输出大电流，这要求其容量远远超过变压器的额定容量，对于大容量电力变压器，该方法难以应用。若采用交直流混合电源测试变压器的饱和特性，可以大幅减小电源容量，实际试验时通常以函数信号发生器和功率放大器组合得到交直流混合电源，其输出的直流和交流信号仍难以满足大容量电力变压器的测试需要

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于分布式交流和直流电的变压器铁芯饱和电感测量方法，以解决现有技术对大容量电力变压器采用交直流混合电源测试变压器的饱和特性，实际试验时通常以函数信号发生器和功率放大器组合得到交直流混合电源，其输出的直流和交流信号仍难以满足大容量电力变压器的测试需要等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于分布式交流和直流电的变压器铁芯饱和电感测量方法，它包括：

步骤1、将交流电源接入变压器一次侧绕组两端，直流电源接入二次侧绕组两端；分别调节交流电源和直流电源输出以调节变压器的工作状态；记录交流侧电压、电流以及直流侧电流；

步骤2、采用快速傅里叶变换提取一次侧基频电流幅值i1f和基频电压幅值u2f，进而计算出从变压器一次侧看进去的电感l1；

步骤3、调换变压器一次侧和二次侧电源位置，得出从变压器二次侧看进去的饱和电感l2。

步骤2所述电感l1的计算公式为：

式中：l1为从变压器一次侧看进去的电感，单位为h；u2f为一次侧基频电压的幅值，单位v；i1f为一次侧基频电流幅值，单位a；n为变压器一二次侧匝数比；f为电源频率，单位hz。

步骤1所述在分别调节交流电源和直流电源输出以调节变压器的工作状态；

记录交流侧电压、电流以及直流侧电流时，重复3-5次。

本发明有益效果：

本发明工作原理：研究铁芯的非线性特性需要测量变压器的饱和电感，采用分布式交流和直流电源作为激励，因变压器绕组电阻很小，激励源的直流部分可以较低的直流电压和较大的电流激励铁芯进入饱和状态，而交流部分则使变压器能够在饱和点工作。通过测量变压器两侧的电压电流，则可根据本发明所述公式计算出饱和电感。

本发明所需交流电源和直流电源根据变压器额定容量、额定电压、额定电流、匝数比等参数以及在实际运行中的各种要求(如经济运行条件、安全裕度等)进行选择。两种电源的容量均远小于变压器额定容量，因此对大容量电力变压器，该方法仍然适用。

本发明可通过控制直流电源输出来控制变压器铁芯的饱和状态，进而测量变压器铁芯从饱和到深度饱和时的电感值。

本发明不受系统的频率限制，任何频率均可正常使用。且该测量方法在测量饱和电感时不用考虑剩磁的影响，测量结果经验证均较准确。

本发明创新和优势：本发明提出了一种测量变压器铁芯在不同饱和状态下的电感的方法，即采用分布式交流和直流电源来激励变压器，该电路结构简单，元件容易获取，测试方法实践性强且灵活性高。因此，本发明具有重要的实际应用价值。

解决了现有技术对大容量电力变压器采用交直流混合电源测试变压器的饱和特性，实际试验时通常以函数信号发生器和功率放大器组合得到交直流混合电源，其输出的直流和交流信号仍难以满足大容量电力变压器的测试需要等技术问题。

附图说明

图1为变压器铁芯饱和电感测量电路示意图。

具体实施方式：

本发明的技术方案是：

s1：电感测量电路由以下器件组成：直流电源、交流电源、试验变压器、示波器、电流和电压测量仪表。其中，交流电源接入变压器一次侧绕组两端，直流电源接入二次侧绕组两端。分别调节交流电源和直流电源输出，可调节变压器的工作状态。记录交流侧电压、电流以及直流侧电流，其中直流侧电流用于判断铁芯饱和状态，交流侧电压电流为下文公式计算提供依据。为减小实验测量误差，本试验重复3-5次。

s2：，为提高计算结果的精度，减少试验现场可能存在的电磁干扰及电流和电压波形中可能含有高次谐波等因素的影响，采用快速傅里叶变换提取一次侧基频电流幅值i1f和基频电压幅值u2f，进而计算电感。计算电感公式为：

式中：l1为—从变压器一次侧看进去的电感，单位h；u2f为一次侧基频电压的幅值，单位v；i1f为一次侧基频电流幅值，单位a；n为变压器一二次侧匝数比；f为电源频率，单位hz。将计算结果取平均值，即可得到铁芯从变压器一次侧看进去的电感值。

s3：因变压器铁芯饱和后，从一次侧和二次侧看进去的饱和电感值不相同。因此，可以调换变压器一次侧和二次侧电源位置，同理可得从变压器二次侧看进去的饱和电感l2。

下面结合具体实施方式进一步说明本发明。

实例

选用一台额定电压u＝20v，额定电流i＝1a，一二次侧匝数比为1:1的单相双绕组变压器，利用上述方法测量和计算变压器铁芯的饱和电感。具体步骤如下：

s1：根据电感的测量原理及试验变压器的规格，将交流电源和直流电源分别置于变压器一次侧和二次侧，且交流电源和直流电源都能单独调节输出值。其中直流电源用于激励铁芯进入饱和，交流电源用于使变压器工作在饱和点。

s2：饱和电感测量电路如图1所示，主要包括：直流电源、交流电源、试验变压器、示波器、电压和电流测量仪表。试验前将交流电源接入变压器一次侧，直流电源接入变压器二次侧。单独调节直流电源输出和交流电源输出，激励铁芯进入饱和状态。同步测量变压器一次侧电流i1和一次侧电压u2波形，通过二次侧电流判断变压器铁芯饱和程度。为减小测量误差，试验重复3次。

s3：为提高计算结果的精度，减少试验现场可能存在的电磁干扰及电流和电压波形中可能含有高次谐波等因素的影响，采用快速傅里叶变换提取一次侧基频电流幅值i1f和基频电压幅值u2f，进而计算电感。计算电感公式为：

式中：l1——从变压器一次侧看进去的电感，单位h；u2f——一次侧基频电压的幅值，单位v；i1f——一次侧基频电流幅值，单位a；n——变压器一二次侧匝数比；f——电源频率，单位hz。将计算结果取平均值，即可得到铁芯从变压器一次侧看进去的电感值。

s4：因变压器铁芯饱和后，从一次侧和二次侧看进去的饱和电感值不相同。因此，可以调换变压器一次侧和二次侧电源位置，同理可得从变压器二次侧看进去的饱和电感l2。

表1五种不同饱和状态下的电感值

s5：调节直流电源的输出，得到试验变压器铁芯五种不同饱和状态下的饱和电感值，结果如表1所示。