基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法与流程

本发明属于变压器剩磁测量，具体地说，涉及一种基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法。

背景技术：

1、变压器在停运(即退出运行)或各种试验操作(例如：直流电阻测量等)之后，由于铁磁材料的磁滞特性，会在铁心内部残留剩磁。剩磁的存在可能会使变压器空载合闸时因铁心半周饱和进而导致励磁涌流的出现，其幅值可达变压器稳态运行电流6～8倍甚至更多。励磁涌流会造成继电保护误动作，对电力变压器以及其他设备造成诸多不利影响，甚至影响电网的安全稳定运行。

2、剩磁的方向以及大小是影响励磁涌流的主要因素，如果能准确测量变压器铁心剩磁的方向和大小，结合选相合闸策略，可以完全抑制励磁涌流的产生。目前对变压器铁心剩磁的估算方法有以下几种：

3、(1)把分闸前的电压积分值作为变压器铁心剩磁值。这种方法断开后变压器的稳态磁通量不等于断开时的磁通量大小，且计算得到的剩磁在一定时间后仍会衰减，同时变压器检修等操作也会改变剩磁值等，导致得到的剩磁误差较大。

4、(2)通过合闸后励磁涌流的峰值推导得到合闸前的铁心剩磁。这种方法并不能在合闸前得到剩磁数据。

5、(3)通过剩磁对绕组变形测量结果的影响估算剩磁。这种方法只能对应同一种设计、同一种工艺的变压器。

6、(4)使用经典的j-a磁滞模型，利用不同剩磁下变压器对阶跃信号的响应差异，通过仿真软件拟合得到经验公式，代入得出剩磁。这种方法中，j-a磁滞模型数学表述复杂，方程多、变量多并且耦合复杂，各个参数之间相互影响，难以确定参数。

7、(5)使用j-a磁滞模型，基于局部磁滞回线斜率，仿真得到剩磁-斜率关系。这种方法中，随着激励变得复杂，j-a磁滞模型对铁磁材料中的磁化过程模拟的精度会变差。

8、(6)采用lcr测试仪测量励磁电感值进而间接得到变压器铁心剩磁值。这种方法不能得到剩磁的方向，且需要对变压器进行改造。

9、综上所述，上述方法对变压器剩磁的估算都在工程应用中受限，不能准确估算变压器剩磁。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法，能够对变压器分闸后的剩磁进行准确估算。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法，其具体步骤为：

3、s1、基于获取的不同电压下变压器的原边电压和原边励磁电流，绘制变压器的磁滞回线；

4、s2、对变压器铁心进行退磁处理；

5、s3、基于步骤s1绘制的磁滞回线对变压器原边进行剩磁预设得到预设剩磁；

6、s4、对变压器原边线圈施加正负双向脉冲电压激励，采集响应电流，基于响应电流变化值δil、脉冲电压幅值u和脉冲持续时间变化值δt得到励磁电感lm表示为：

7、

8、s5、重复步骤s2-s4得到多组预设剩磁和励磁电感，基于指数函数拟合多组预设剩磁和瞬时励磁电感得到剩磁-励磁电感的拟合关系为：

9、

10、式中，ψ为剩磁；

11、s6、对待测变压器施加与步骤s4中相同的脉冲电压激励，采集响应电流，通过公式(1)计算励磁电感，基于该励磁电感通过公式(2)估算剩磁。

12、在一些实施例中，步骤s1中，绘制变压器磁滞回线的具体步骤为：对变压器进行空载实验，变压器副边开路并在变压器原边施加交流电压，从0开始阶梯型均匀升高电压幅值直至达到变压器原边额定电压，每升高一次电压幅值，记录一次原边电压和原边励磁电流，得到不同电压下的原边电压和原边励磁电流，以原边励磁电流为横轴，以变压器铁心磁路总磁链为纵轴绘制变压器的磁滞回线；其中，所述变压器铁心磁路总磁链由记录的原边电压进行积分得到，表示为ψ总＝∫u1dt，式中，ψ总为变压器铁心磁路总磁链，u1为原边电压。

13、在一些实施例中，所述步骤s1中绘制的磁滞回线为簇回线时，在所述步骤s3中，基于所述步骤s1绘制的磁滞回线对变压器原边进行剩磁预设得到预设剩磁的具体步骤为：对变压器原边通入直流电源，逐渐升高至步骤s1中每次记录下的原边励磁电流峰值，等待预设时间后，缓慢减小电流值至零，电流值为零时所对应的变压器铁心磁路总磁链即为预设剩磁。

14、在一些实施例中，所述步骤s1中绘制的磁滞回线为饱和磁滞回线和基本磁化曲线时，在所述步骤s3中，基于所述步骤s1绘制的磁滞回线在连续函数模型的基础上对变压器原边进行剩磁预设得到预设剩磁，其具体步骤为：将饱和磁滞回线和基本磁化曲线带入连续函数模型的数学方程中进行最小二乘法拟合，确定连续函数模型的四个参数，预设剩磁时，根据连续函数模型中上升段数学方程和下降段数学方程得到不同记录时的原边励磁电流峰值作用下的剩磁，该剩磁即预设剩磁。

15、在一些实施例中，所述连续函数模型的数学方程表示为：

16、

17、式中，g(i)为上升段时原边励磁电流为i的变压器铁心磁路总磁链，f(i)为下降段时原边励磁电流为i的变压器铁心磁路总磁链，ψ(i)为基本磁化曲线时原边励磁电流为i的变压器铁心磁路总磁链，a、b、c、r为常数。

18、在一些实施例中，在所述步骤s4中，通过h桥电路对变压器原边线圈施加正负双向的单次脉冲电压激励。

19、在一些实施例中，在所述步骤s4中，计算所述励磁电感的步骤为：

20、当对变压器原边线圈施加单次脉冲电压激励时，原边响应电流满足关系：

21、

22、式中，il(t)为原边响应电流，r为变压器原边电阻和励磁电阻之和，t为脉冲响应时间，l为原边漏电感l1和励磁电感lm之和；

23、根据公式(4)得到原边响应电流为：

24、

25、对公式(5)进行求导得到：

26、

27、在初始时刻进行线性化处理得到：

28、

29、则有：

30、

31、变压器漏电感远小于励磁电感，忽略变压器漏电感，公式(8)中的l即为所述励磁电感lm，将公式(8)中l变换为所述励磁电感lm得到所述公式(1)，由所述公式(1)计算所述励磁电感lm。

32、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

33、(1)本发明提供的基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法，基于变压器磁滞回线对变压器剩磁进行预设，通过对变压器施加正负双向的脉冲电压激励进行励磁电感计算，采用指数函数拟合预设剩磁与励磁电感得到的剩磁-励磁电感拟合关系，根据拟合关系估算变压器剩磁，拟合度高，剩磁估算的准确度高，解决了变压器剩磁估算需要改造变压器等问题。

34、(2)本发明提供的基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法，使用脉冲电压激励信号，对直流电源的要求不高，而且可以方便控制脉冲宽度，根据实际变压器可选取合适的激励时间以减少对原有剩磁的破坏。

35、(3)本发明提供的基于励磁电感的变压器铁心剩磁估算方法，计算励磁电感时向变压器施加正负单次脉冲电压激励，仅对响应电流进行记录，方便在线处理，计算速度快。