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DQZHAN技術訊：電力變壓器鐵心剩磁的測量與削弱方法

大型電力變壓器在各種檢測以及運行之后，由于其鐵心結構的封閉性以及鐵磁材料固有的磁滯現象，會在鐵心中留有剩磁。剩磁的存在將加速電力變壓器鐵心的磁化飽和，產生勵磁涌流。

本文提出一種新的剩磁測量方法，通過分析剩磁產生的原理，對已知電力變壓器進行電磁暫態仿真分析建立剩磁-電流的關系式。選取環形變壓器鐵心搭建實驗檢測電路，處理實驗得到暫態測量電流信號，并將結果代入已建立的剩磁-電流關系式中，得到電力變壓器鐵心中的剩磁。在已知剩磁的基礎上研究已有的去磁方法，選取直流法削弱剩磁，根據測量得到的剩磁進行去磁電流設定。通過消磁前后的測量電流波形對比說明能夠有效地削弱剩磁，達到減小涌流的目的，驗證了去磁方法的有效性。

電力變壓器投入運行再切出運行的過程，由于鐵磁材料的磁滯特性，鐵心中會留有剩磁。在輕載或者空載的情況下合閘通電，可能導致繞組產生勵磁涌流。較高的勵磁涌流將產生過電壓使斷路器跳閘、電力變壓器合閘操作頻頻失效，甚至燒毀器件，造成一定的經濟損失。

變壓器勵磁涌流產生的原因在于鐵心因合閘角、剩磁等條件的綜合作用而進入飽和區甚至是深度飽和區。由于剩磁是勵磁涌流的主要影響因素之一，正確檢測剩磁對減少涌流的研究有很大幫助。現有的剩磁分析方法基本上分為以下幾種：

(1)依據實際操作經驗估計剩磁，一般認為實驗運行后剩磁為20%～80%飽和磁通值范圍，激勵時根據經驗選取剩磁，這種方法目前被廣泛運用于各大變壓器廠家出廠檢測空載合閘前的剩磁預測中。

(2)D. I.Taylor等提出一種預充磁(pre- fluxing)分析法，即給鐵心加載激勵至一個較大的已知磁通值，使得原有剩磁被覆蓋，然后以新的已知剩磁為基礎進行分析，利用選相合閘操作削弱勵磁涌流。

(3)武漢大學的烏云高娃等在分析磁性材料的時效特性的基礎上，結合Preisach模型及其特性，通過記錄切出電流，推導了分段計算鐵心剩磁的方法[6]。提出單相變壓器抑制勵磁涌流的合閘角策略，并用選相合閘操作去除剩磁對勵磁涌流的影響。

(4)通過搭建外接檢測電路，在變壓器運行結束時，記錄電壓的波形和相角變化，對切除時刻的電壓積分求取剩磁值。

前面提到的兩種方法沒有準確得到原剩磁值，雖然預充磁法有一定的可行性，但是對大型鐵磁結構的器件，加載較大的磁通需加載大電流，而電流將會對電力變壓器鐵心本身產生較大影響，存在實際操作的局限性。

后兩種方法沒有考慮到感性元件電流不能突變為零的特點，直接將切除時刻的鐵心磁通等效為剩磁。感性元件電流衰減過程實際也可以等效一個去磁過程，使得測量剩磁值并不準確，且選相合閘檢測設備費用高，操作復雜。

現有電力變壓器勵磁涌流分析方法中，并沒有一種能夠便捷高效地確定剩磁影響的方法。鑒于以上情況，本文提出一種新的剩磁測量方法，以鐵磁材料的特性曲線(B-H關系曲線)為基礎，建立電力變壓器電磁暫態仿真模型。加載直流恒流激勵模擬合空變操作前剩磁情況，通過對待測變壓器的空載合閘電磁暫態過程的分析，檢測電流變化分布，建立剩磁與電流變化值的對應關系式，實驗表明，能較**地得到變壓器再次投入運行前鐵心中的剩磁。

結論

本文提出一種測量剩磁、削弱剩磁的方法。從剩磁產生的原理出發，在鐵心繞組中加載小信號直流激勵，對已知電力變壓器進行電磁暫態仿真分析，并基于仿真分析結果建立剩磁與電流的關系式。搭建環形變壓器鐵心的實驗檢測電路。分析示波器中讀取的暫態測量電流信號并將結果代入建立的剩磁-電流關系式中，通過剩余磁通的測量值與計算值的比較，測量結果同預設剩磁的相對誤差在7%以內，說明該剩磁檢測方法具有較高的精度。

研究已有的去磁方法，根據測量分析得到的剩磁，選取直流法削弱剩磁。通過消磁前后的測量電流波形對比，證明能夠更有效地削弱剩磁。本方法通過監測暫態合閘時刻鐵心電流的大小，可有效地檢測鐵心剩磁的實時情況，消除剩磁影響，避免正常加載運行時鐵心進入深度飽和狀態，從根本上減少勵磁涌流對電力變壓器的影響。