基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法及分析装置

1.本发明属于变压器励磁涌流抑制技术领域，更具体地，涉及一种基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法及分析装置。


背景技术：

2.电力变压器是借助电磁感应实现能量传变的重要电力设备，传变的介质主要是铁磁物质。不同的铁磁物质其物理属性有所不同，但都存在着饱和问题和磁滞问题。当变压器从电网中退出运行时，其铁芯的磁场突然失去激励，由于磁滞作用，将保持一定的剩磁，剩磁的大小和方向主要由电压的分闸角决定。当再次合闸时，电力变压器铁芯剩磁可能导致变压器瞬间使铁芯迅速饱和，产生幅值较大的励磁涌流，引起变压器保护误动作，变压器合闸失败，同时也会对变压器造成冲击，使变压器的运行寿命缩短。
3.近年来关于选相控制断路器抑制涌流技术的研究逐渐引起关注，即根据合闸前剩磁状态控制合闸角，使预感应磁通等于变压器铁芯剩磁，能够有效避免磁通饱和产生较大励磁涌流。然而变压器退出运行后，铁芯中的剩磁基本属于稳态，不能利用电磁感应原理进行测量，而铁芯是闭合环路，又不能用磁通计插入磁路中进行测量。现有的变压器铁芯剩磁测量方法大都存在较多的不确定因素且测量方案的可行性不高。因此，如何对变压器铁芯剩磁进行精确定量测量，进而得到选相合闸的最佳合闸角度，实现良好的涌流抑制效果，是值得重视的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法及分析装置，其目的在于以一种更精确的方式计算各分闸角下的铁芯剩磁。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法，包括：
6.在设定的电压等级下，对消磁后的单相变压器进行不同角度的合闸操作，并测定每次合闸后的涌流首半波峰值，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系；
7.在相同的电压等级下，在任意分闸角度下对单相变压器进行分闸操作，分闸后的单相变压器具有待测剩磁φr，稳定后按预定合闸角度k对所述单相变压器进行合闸操作，并测定合闸后的涌流首半波峰值im；
8.基于合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定与涌流首半波峰值im对应的合闸角α；
9.计算当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cosk，φm为单相变压器的饱和磁通。
10.在其中一个实施例中，预定合闸角度k＝90
°
，当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα。
11.在其中一个实施例中，还包括；确定当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为α。
12.在其中一个实施例中，在确定合闸角-涌流首半波峰值的映射关系时，在0-180
°
范围内变化变化合闸角度。
13.在其中一个实施例中，在确定合闸角-涌流首半波峰值的映射关系时，通过多项式拟合得到合闸角-涌流首半波峰值曲线。
14.在其中一个实施例中，采取0-90
°
和90
°‑
180
°
分段拟合方式，得到0-90
°
的拟合曲线和90
°‑
180
°
的拟合曲线。
15.在其中一个实施例中，当im落入两段曲线间未拟合的部分，则认为对应的合闸角为90
°
。
16.按照本发明的另一方面，提供了一种基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析装置，用于分析在任意分闸角度下对单相变压器进行分闸操作后的待测剩磁φr，包括；
17.拟合单元，用于拟合对消磁后的单相变压器进行不同合闸操作的各合闸角以及对应各合闸角下的涌流首半波峰值，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系；
18.映射单元，用于获取对具有待测剩磁φr的单相变压器进行合闸操作的预定合闸角度k以及在预定合闸角度k下进行合闸操作后的涌流首半波峰值im，基于合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定与涌流首半波峰值im对应的合闸角α；
19.剩磁计算单元，用于计算当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cos k，φm为单相变压器的饱和磁通。
20.在其中一个实施例中，还包括：
21.最佳合闸角计算单元，用于计算当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为arc(cosα-φ
m cos k)。
22.在其中一个实施例中，预定合闸角度k＝90
°
，当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为α。
23.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
24.本发明先通过多次实验获得没有剩余磁通下合闸角所引起的涌流首半波峰值，通过数据处理得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。然后选定分闸角度，通过分闸操作使变压器具有剩磁φr，该剩磁φr的值即为待求量。再选定一合闸角度，即预设合闸角度k，对具有剩磁φr的变压器继续进行合闸操作，测定合闸后额的涌流首半波峰值im。在将该涌流首半波峰值im代入合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定无剩余磁通下的合闸角α。在本发明中，以有剩余磁通和无剩余磁通两种状态下合闸所引起的涌流首半波峰值为参考，当两者相同时，近似认为对应的偏磁相同，对有剩余磁通φr的变压器进行合闸所引起的偏磁为φr+φ
m cos k，对没有剩余磁通的变压器进行合闸所引起的偏磁为φ
m cosα，则近似认为φr+φ
m cos k＝φ
m cosα，由此算出当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cos k。通过以上方法能够快速分析出各分闸角下的剩磁，且计算精度较高。
附图说明
25.图1为一实施例的基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法的步骤流程图；
26.图2为一实施例的测试设备的实验接线图；
27.图3为一实施例的合闸角-涌流首半波峰值的关系示意图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
29.如图1所示为一实施例中基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析方法的步骤流程图，该方法至少包括以下步骤：
30.步骤s100：在设定的电压等级下，对消磁后的单相变压器进行不同角度的合闸操作，并测定每次合闸后的涌流首半波峰值，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。
31.本步骤是获取同一消磁后的变压器在不同合闸角度下所引起的涌流首半波峰值，通过大量无剩磁下的数据确定合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。
32.在一实施例中，可以搭建如图2所示的设备获取分析所需的数据。在设定电压后，对消磁后的单相变压器进行不同角度的合闸操作，合闸角度可以通过合闸角度控制器控制，每次合闸前对变压器进行消磁处理，以在没有剩磁的情况下进行合闸，并通过录波器测定每次合闸后的涌流首半波峰值，得到多组合闸角与对应的涌流首半波峰值，通过数据处理，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。
33.在一实施例中，通过录波器测定0-180
°
范围内不同合闸角下的涌流首半波峰值大小，具体可以10
°
为步长，步长越小测量结果越精确。在一实施例中，将得到的数据经多项式曲线拟合后得到合闸角-涌流首半波峰值曲线。进一步的，为减小噪声及零漂对电流测量的影响，采取0-90
°
和90-180
°
分段拟合方式。消磁合闸角-涌流首半波峰值曲线拟合结果如图3所示。
34.步骤s200：在相同的电压等级下，在任意分闸角度下对单相变压器进行分闸操作，分闸后的单相变压器具有待测剩磁φr，稳定后按预定合闸角度k对单相变压器进行合闸操作，并测定合闸后的涌流首半波峰值im。
35.步骤s100和步骤s200中的电压保持相同。选定分闸角度，通过分闸角控制器控制断路器按照该分闸角度进行分闸操作，使变压器获得待测剩磁φr。一定时间后，继续通过合闸角控制器按预定合闸角度k对变压器进行合闸操作，并通过录波器测定合闸后的涌流首半波峰值im。
36.步骤s300：基于合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定与涌流首半波峰值im对应的合闸角α。
37.在一实施例中，首先可以判断im属于合闸角-涌流首半波峰值曲线中的哪一段拟合曲线，然后将im代入对应区段的拟合曲线方程，得到对应的合闸角α。若im幅值极小，落在两段曲线间未拟合的部分，则可近似认为其对应的合闸角为90
°
。
38.步骤s400：计算当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cosk，φm为单相变压器的饱和磁通。
39.消磁情况下，变压器剩磁为0，偏磁仅为合闸预感应磁通φmcosα，此偏磁大小使得
该情况下的涌流首半波峰值为i1。φm为单相变压器的饱和磁通。有剩磁φr的情况下，一段时间后按合闸角度k合闸，偏磁大小为φr+φ
m cosk，此偏磁大小使得该情况下的涌流首半波峰值大小为i2。在本发明中，以涌流首半波峰值为比较对象，使i1＝i2，得到φr+φ
m cos k＝φ
m cosα，由此计算出当前分闸角所对应的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cos k。在一实施例中，优选合闸角度k＝90
°
，此时，待测剩磁φr＝φ
m cosα，当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为α，使剩磁磁通恰好等于预感应磁通。
40.相应的，本发明还公开了一种基于首半波剩磁测定的励磁涌流抑制分析装置，用于分析在任意分闸角度下对单相变压器进行分闸操作后的待测剩磁φr，其至少包括；
41.拟合单元，用于拟合对消磁后的单相变压器进行不同合闸操作的各合闸角以及对应各合闸角下的涌流首半波峰值，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。具体的，当对消磁后的单相变压器进行不同角度的合闸操作并测定每次合闸后的涌流首半波峰值后，将各组合闸角与对应的涌流首半波峰值输入该拟合单元，得到合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。
42.映射单元，用于获取对具有待测剩磁φr的单相变压器进行合闸操作的预定合闸角度k以及在预定合闸角度k下进行合闸操作后的涌流首半波峰值im，基于合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定与涌流首半波峰值im对应的合闸角α。具体的，当对变压器进行分闸操作，使变压器具有待测剩磁φr后，按预定合闸角度k对单相变压器进行合闸操作，并测定合闸后的涌流首半波峰值im，将合闸角度k和测定的涌流首半波峰值im输入映射单元，映射单元基于合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定与涌流首半波峰值im对应的合闸角α。
43.剩磁计算单元，用于计算当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cos k，φm为单相变压器的饱和磁通。
44.在一实施例中，该分析装置还包括最佳合闸角计算单元，用于计算当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为arc(cosα-φ
m cos k)。进一步的，选取合闸角度k＝90
°
，当前分闸角度下的涌流抑制的最佳合闸角为α。
45.本发明先得到没有剩磁情况下合闸角-涌流首半波峰值的映射关系。然后通过分闸操作使变压器具有剩磁φr，该剩磁φr的值即为待求量。再选定预设合闸角度k，对具有剩磁φr的变压器继续进行合闸操作，测定合闸后额的涌流首半波峰值im。在将该涌流首半波峰值im代入合闸角-涌流首半波峰值的映射关系，确定无剩余磁通下的合闸角α。在本发明中，以有剩余磁通和无剩余磁通两种状态下合闸所引起的涌流首半波峰值为参考，当两者相同时，近似认为对应的偏磁相同，对有剩余磁通φr的变压器进行合闸所引起的偏磁为φr+φ
m cos k，对没有剩余磁通的变压器进行合闸所引起的偏磁为φ
m cosα，则近似认为φr+φ
m cos k＝φ
m cosα，由此算出当前分闸角度下的待测剩磁φr＝φ
m cosα-φ
m cos k。通过以上方法能够快速分析出各分闸角下的剩磁，且计算精度较高。
46.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。