一种铁芯加可变间隙的实现方法与流程

本发明涉及输电线路领域，具体涉及一种铁芯加可变间隙的实现方法。

背景技术：

普通高压在线取能电流互感器在一次大电流状态下铁心饱和二次绕组感应电势畸变为尖峰脉冲，电压饱和程度越深、脉冲宽度越窄导致难以稳定获取较大功率的能量。饱和了的磁芯导磁率会降低,使次级输出电压(或电流)出现平顶的饱和形状。在磁饱和状态下，铁芯会严重震动并且发热，非常不利于取电装置长时间运行；在一次侧电流很大时还会产生高峰值电压威胁前端器件,不适合现场运行。深度饱和时感应电压波形发生严重畸变,成为尖顶脉冲波。虽然有效值基本不变,但是峰值急剧增大,可达到几百伏,对后端器件的耐压提出了很高要求。长期工作在深度饱和状态带来更大的影响是:铁损居高不下,线圈温升过高,有可能引起高频振动,甚至烧坏圈。为了抑制磁饱和、给电源提供一个安全稳定的输出环境，国内外学者做了大量的研究和尝试。曾有学者提出一些控制电路来控制磁通大小，使取能线圈工作于非饱和状态，取得了一定效果,但普遍存在电路过于复杂的问题。同时在磁饱和时，引发暂态励磁涌流，使得磁性材料的非线性特性更加难以测量。因此提出一种简单高效的解决磁饱和问题的同时又保证取电功率的方法迫在眉睫。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种铁芯加可变间隙的实现方法，具体是安装在架空输电线路上感应取电装置的铁芯上。

本发明采用如下技术方案：

一种铁芯加可变间隙的实现方法，包括如下步骤：

S1确定铁芯设置磁阀的参数，具体包括：

S1.1简化磁阀等效磁路的磁化曲线

S1.2得到磁阀式CT的数学模型；

S1.3对磁阀式CT的数学模型进行计算，得到磁阀的参数，所述参数包括磁阀的个数n及磁阀的有效长度l_g；

S2将确定后的磁阀对称加入铁芯。

所述S1.1中等效磁路的磁感应强度为H_g，等效磁路的磁感应强度为B，磁阀截面积为A_f，磁感应强度为B_f，根据磁阀式CT的开关特性得到磁化曲线，将磁化曲线由非线性简化为线性曲线。

所述磁化曲线为：

在理想情况下，设置n个磁阀，忽略磁阀磁路的边缘漏磁，忽略负载效应，另二次绕组开路，则数学模型为：

i₁＝Hl＝H_gll_gl+...+H_gnl_gn+H_t(l-l_gl-...-l_gn)

H_gl＝f(B)

...

H_gn＝f(B)

H_t＝f(B)

Φ＝BA

式中：H_t为CT铁芯磁场强度，H_gl为第一个磁阀等效磁感应强度，l为铁芯平均磁路长度，lg为第一个磁阀等效磁路长度。

采用竖直计算方法对数学模型进行求解，包括：

(1)用三次样条插值方法分别求取磁阀和铁芯的B-H曲线；

(2)用迭代法求取一个周期的磁路磁通；

(3)用四阶龙格-库塔法求二次绕组输出电势e(t)。

S2将确定后的磁阀对称加入铁芯，当磁阀处于未饱和线性区时，磁阻很小磁通几乎完全从中间通过，相当于磁阀门完全打开，铁芯没有气隙；

当磁阀完全饱和时，磁阻最大，相当于气隙完全打开，磁阀完全关闭，此时的磁阀磁路相当于完全关闭，此时的磁阀磁路相当于面积为A、长度为lg的气隙；

在其他情况下，磁路磁通一部分通过面积为A-A_f气隙，另一部分通过磁阀。气隙磁阻为线性，磁阀磁阻为非线性，故此时的磁阀磁路相当于面积为A的非线性可变气隙。

当磁通量一定时，磁阀饱和与否由磁阀截面积决定。

n个磁阀决定(n+2)段电流区间，如果在每个电流区间内都满足CT的磁导率与一次电流的区间配合，则整个CT都将满足二次绕组感应电动势对取能时间的要求。

本发明的有益效果：

(1)通过在铁芯加磁阀的方式实现了在电流从50A-500A变化过程中，气隙随着电流的变化而呈现非线性变化；

(2)柔性气隙的实现避免了电流小的时候，功率不足；电流大的时候容易磁饱和；

(3)通过改变磁阀的有效面积和个数来调节二次侧感应电动势与一次测电流的配合问题；

(4)这种柔性气隙有效的避免了磁饱和，同时又获取了足够大的能量，保证了稳定可靠的电源供应。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2a及图2b分别是CT磁阀及其等效电路；

图3a及图3b分别是磁阀的磁化曲线及加入磁阀后CT的等效磁化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种铁芯加可变间隙的实现方法，包括如下步骤：

S1确定铁芯设置磁阀的参数，具体如下：

如图2a及图2b所示为本实施例的磁阀磁路，该磁路磁阻由气隙磁阻R_q和磁阀磁阻R_f并联组成，为了分析CT数学模型方便，把磁阀磁路转变为截面积A、长度为l_g的等效磁路，并且确定其磁化曲线。

设等效磁路的磁场强度为H_g，等效磁路的磁感应强度为B，磁阀截面积为A_f，磁感应强度为B_f。由磁阀式CT的开关特性可知，B_f-H_g曲线可用小斜率理想曲线表示，图3a及图3b所示，左侧为磁阀的磁化曲线，右侧为加入磁阀后的CT等效磁化曲线，则磁阀等效磁路的磁化曲线为：

在理想情况下，设置n个磁阀，忽略磁阀磁路的边缘漏磁，忽略负载效应，另二次绕组开路，n段磁阀可决定(n+2)段电流区间，如果在每个电流区间内都满足CT的磁导率与一次电流的区间配合，则整个CT都将满足二次绕组感应电动势对取能时间的要求。则该磁阀式CT的电磁方程为：

i₁＝Hl＝H_gll_gl+...+H_gnl_gn+H_t(l-l_gl-...-l_gn)

H_gl＝f(B) (2)

...

H_gn＝f(B)

H_t＝f(B)

Φ＝BA

式中：H_t为CT铁芯磁场强度，H_gl为第一个磁阀等效磁感应强度，l为铁芯平均磁路长度，lg为第一个磁阀等效磁路长度。

磁阀式CT数学模型的计算任务是已知一次测输入电流i(t),求二次绕组开路电势e(t)。由于磁路为非线性，所以无法得出e(t)的显性表达式，可用数值计算方法近似求解：①用三次样条插值方法分别求取磁阀和铁芯的B-H曲线，②用迭代法求取一个周期的磁路磁通，③用四阶龙格-库塔法求二次绕组输出电势e(t)。

通过设置磁阀改变CT磁路特性，实现和一次电流的区间相配合，有效延长取能时间。磁阀的参数有：磁阀的个数n、磁阀的有效长度l_g。结合所述的磁阀CT的数学模型的计算和实验，我们可以得到与一次电流配合较好的磁阀参数。参数的设置要结合电流区间的变化，保证各个电流区间都能得到较长时间的取能。

将确定后磁阀对称加入铁芯。

本实施例中CT磁路设置两个磁阀，铁芯材料为DR530，磁化曲线采用平均交流磁化曲线，磁阀等效磁路磁化曲线采用小斜率曲线，饱和磁感应强度分别为0.5T和0.8T.CT磁路的数学模型、假设条件和参数定义与式(2)相同。有关参数为：N＝300，A＝256*10-6,l＝0.24m，lg1＝0.001m，lg2＝0.006m。

具体的工作过程如下：

当磁阀处于未饱和线性区时，磁阻很小磁通几乎完全从中间通过，相当于磁阀门完全打开，铁芯没有气隙。

当磁阀完全饱和时，磁阻最大，相当于气隙完全打开，磁阀完全关闭，此时的磁阀磁路相当于完全关闭，此时的磁阀磁路相当于面积为A、长度为lg的气隙。

在其他情况下，磁路磁通一部分通过面积为(A-Af)气隙，另一部分通过磁阀。气隙磁阻为线性，磁阀磁阻为非线性，故此时的磁阀磁路相当于面积为A的非线性可变气隙。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。