一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法

1.本发明涉及变压器铁芯材料的磁特性技术领域，具体涉及一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法及实验平台。


背景技术：

2.变压器是电力系统中极其重要和昂贵的电力设备之一，其励磁浪涌电流问题一直是电网安全稳定运行的重点。当电力变压器空载闭合时，由于剩磁的存在，会产生较大的励磁涌流，造成变压器绕组变形、电流不平衡或差动保护误操作，使变压器出现运行故障甚至损坏。因此，剩磁是影响电力变压器产生的涌流的关键因素。剩磁一旦产生就不会自动消失，在正常操作下会存在很长时间。在实际中，磁芯材料受到断路器性能、弱电场下的电压和电流检测以及外部磁场丢失时的噪声的限制。这导致开路后磁化路径和剩磁发生变化，影响剩磁的测量和计算精度。目前常用的剩磁检测方法多采用电压积分法进行实现，但是该方法中断路器的断开时刻无法准确确定(即积分的上限无法确定)，使其在实际应用中的可行性受到限制。通过分析剩磁与暂态电流的关系实现剩磁值的检测，但是这种方法受限于实测电流波形较大噪声的影响，使得检测结果的精确性较低。另外，基于时间常数也能实现剩磁的检测，但是在测试中由于施加激励瞬间产生的瞬时小冲击电流的影响，使得提取的时间常数存在一定误差，且根据时间常数计算剩磁只考虑了暂态过程中某一时刻与剩磁的关系，并没有完全考虑到整个暂态过程中剩磁的变化。鉴于此，研究一种快速有效地剩磁检测方法与实验装置，并实现电网安全可靠运行，具有重要的科学理论意义与工程应用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法及实验平台，以解决上述背景技术中存在问题。
4.本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
5.一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：
6.建立待测变压器铁芯仿真模型；
7.对待测变压器铁芯仿真模型绕组施加不同大小的电流激励，得到不同的预设剩磁；
8.在不同预设剩磁基础上施加正、负向短时小直流激励，测得变压器绕组的正向和负向瞬态电流波形，进而得到正负激励方向下的两个充磁时间，定义激励方向与剩磁方向相同的充磁时间为正向充磁时间，激励方向与剩磁方向相反的充磁时间为负向充磁时间；
9.正向充磁时间小于负向充磁时间，以正向充磁时间对应的激励方向确定当前待测变压器铁芯仿真模型的剩磁方向，即正向充磁时间对应激励方向为正向，表明铁芯为正剩磁，反之为负剩磁；
10.获得不同剩磁下待测变压器铁芯仿真模型的正向充磁时间，拟合剩磁与正向充磁时间的关系式，即为考虑整个瞬态过程的待测铁芯剩磁计算公式；
11.通过对待测变压器铁芯施加正、负向的短时小直流激励，获得两个不同大小的充磁时间，根据充磁时间大小确定正向充磁时间，并进一步确定待测变压器铁芯的剩磁的方向，根据正向充磁时间，再利用剩磁与正向充磁时间的关系式，确定已知剩磁方向下的待测变压器铁芯的剩磁值。
12.所述待测变压器铁芯仿真模型为剩磁影响下的待测变压器铁芯仿真模型，对考虑剩磁影响下的待测铁芯磁滞模型进行分析，使得建立的待测铁芯模型与实际模型更接近，获取的剩磁计算公式的准确性更高。任何具有封闭磁路结构的变压器铁芯都可以采用该方法进行建模。
13.所述短时小直流激励信号指，在激励施加时，必须确保铁芯初始剩磁的变化率在5％以内。短时小直流的取值为不大于0.2v，优选为0.12v-0.15v。
14.所述预设剩磁的取值范围为铁芯材料饱和磁通密度的0.2至0.8倍，在该范围内实现待测变压器铁芯模型中剩磁预设范围。
15.待测变压器铁芯为具有封闭磁路结构的方形铁芯，铁芯的尺寸为：
16.铁芯所用硅钢片型号为b30p105，硅钢片的每片片宽为80mm，铁芯叠片厚度为20mm，铁芯整体内部正方形的边长为400mm，铁芯整体外部正方形的边长为560mm。
17.一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测实验平台，其特征在于，进行待测变压器铁芯剩磁方向的判断和大小的计算，并进行误差分析；
18.该实验平台需要的测量仪器包括信号发生器、功率放大器、特斯拉计、数字示波器和电流采集卡；特斯拉计连接待测变压器铁芯；信号发生器发出直流激励信号，经功率放大器进行信号放大，施加在铁芯一次绕组的两端；通过特斯拉计跟踪并记录正负向激励施加过程中，铁芯中磁通的变化情况；测量得到的电流信号，通过电流采集卡进行信号采集，显示在数字示波器中；由电流获得两个充磁时间，比较充磁时间的大小，确定正向充磁时间，进而判断剩磁方向，通过确定的正向充磁时间t
r+
根据关系式计算剩磁大小。
19.所述实验平台的具体实验过程是：
20.(1)待测变压器铁芯进行充分退磁，然后对待测变压器铁芯绕组施加较大电流激励，再撤掉该激励，进行铁芯剩磁预设；在激励施加过程中，结合特斯拉计对待测变压器铁芯中的磁通进行实时跟踪，确定待测变压器铁芯中产生的预设剩磁值的大小；
21.(2)对待测变压器铁芯剩磁的方向进行判断：
22.在步骤(1)含有预设剩磁的待测变压器铁芯次绕组上分别施加一个与仿真一致的两个不同方向的短时小直流激励信号，根据电流采集卡检测到电流信号，并且显示在数字示波器中；对比分析测得正、负向激励下的充磁时间的大小，以充磁时间小的作为正向充磁时间，进而确定剩磁的方向，即较小的充磁时间对应的激励方向为正，则为剩磁正方向；
23.(3)计算待测变压器铁芯的剩磁大小：
24.获取步骤(2)的激励下的正向充磁时间，再根据剩磁br与正向充磁时间的关系式计算出待测变压器铁芯中的剩磁值，此为计算剩磁值；
25.将相同条件下的预设剩磁值与计算剩磁值进行比较，分析出测量剩磁的误差。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明的突出实质性特点是：本发明方法提出了一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法。首先，在电磁暂态仿真软件中，建立了考虑剩磁影响下的待测变压器铁芯仿真模型，分析不同剩磁下，正、负向短时小直流激励作用下，正、负向充磁时间的变化趋势，根据正、负向充磁时间大小不同，判断出剩磁的方向。通过数据拟合得到剩磁和正向充磁时间的关系式，即为计算剩磁公式。基于该剩磁检测方法搭建实验平台上，分析测量结果的相对误差。此外，提出的剩磁检测方法能够充分反映整个暂态过程中剩磁的变化趋势，不仅具有简单的计算公式来计算铁芯中的剩磁，而且在实际中更易于操作。同时，根据场路耦合分析法可知，该方法可以应用于任何具有封闭磁路的铁芯中，具有普遍适用性。
28.本发明的显著进步是：
29.(1)本发明方法针对变压器铁芯中剩磁难以测量的问题，研究了在施加正、负向短时小直流激励后，铁芯剩磁与正、负向充磁时间的关系，得出检测剩磁大小和方向的方法。本发明方法有效地解决了电力变压器铁芯剩磁的大小难以测量的问题，同时，实现剩磁方向的准确判断。
30.(2)本发明方法原理简单清晰，试验测量操作简便易行。
31.(3)本发明方法具有高效高精度的特性。本技术研究剩磁影响下的铁芯磁滞模型，建立准确的待测铁芯仿真模型，使得提取的剩磁计算关系式准确性更高，解决了现有方法中暂态电流法和时间常数法铁芯模型准确性不高的问题；本技术研究能够反复验证分析变压器铁芯剩磁实时变化情况，使得变压器铁芯剩磁的测量有更高的精确性，尤其是对较小剩磁(0.4-0.8t)时，其剩磁的检测相对误差仍能控制在5％以内，精度较高，避免了现有技术中采用剩磁处斜率方式检测时由于正、负斜率在小剩磁情况下非常接近而检测不准确的问题，本技术在大剩磁或小剩磁时均能适用，且更加直观简单。
32.(4)本发明方法具有普遍适用性，可以广泛应用于具有封闭磁路结构的其他电力设备剩磁的测量与计算，是有效消除电力设备磁芯剩磁影响所不可缺少的技术。
附图说明
33.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
34.图1是本发明方法的操作流程示意框图。
35.图2是本发明实施例中选取的方形铁芯的尺寸示意图。
36.图3是本发明实施例中选取的方形铁芯的实物图。
37.图4是本发明实施例中待测方形铁芯在电磁暂态仿真软件中剩磁处的分布图。
38.图5是本发明实施例中待测方形铁芯剩磁方向的判断。
39.图6是本发明实施例中待测方形铁芯建立的正向充磁时间与剩磁之间的关系。
40.图7是本发明实施例中待测方形铁芯剩磁测量实验平台。
41.图8是本发明实施例中待测方形铁芯正剩磁的充磁时间。
42.图9是本发明实施例中待测方形铁芯负剩磁的充磁时间。
具体实施方式
43.图1所示实施例表明，本发明的操作流程是：
44.第一步、采用场路耦合法，建立在剩磁影响下的待测变压器铁芯仿真模型。
45.建立的铁芯仿真模型仅有一个绕组，在剩磁检测时，该绕组可用于实现剩磁的预设功能和剩磁的检测功能；对剩磁影响下的铁芯磁滞模型的参数进行提取，进行铁芯材料参数设置。
46.第二步、确定待测变压器铁芯仿真模型的剩磁方向：
47.首先，对待测变压器铁芯仿真模型绕组施加不同大小的电流激励，得到不同的预设剩磁；
48.其次，在不同预设剩磁基础上施加正、负向短时小直流激励，测得变压器绕组的正向和负向瞬态电流波形，进而得到不同激励方向下的充磁时间，定义激励方向与剩磁方向相同的充磁时间为正向充磁时间，激励方向与剩磁方向相反的充磁时间为负向充磁时间，通过对不同剩磁情况下的正、负方向充磁时间进行分析，发现正向充磁时间小于负向充磁时间，因此以正向充磁时间对应的激励方向确定当前待测变压器铁芯仿真模型的剩磁方向，即正向充磁时间对应激励方向为正向，表明铁芯为正剩磁，反之为负剩磁；
49.第三步、拟合出考虑整个瞬态过程的待测铁芯剩磁计算公式：在不同剩磁下，分析待测变压器铁芯仿真模型的正、负向充磁时间与剩磁之间的关系，其中负向充磁时间与剩磁之间的关系为非线性，正向充磁时间与剩磁之间呈现线性关系，拟合剩磁与正向充磁时间的关系式br＝f(t
r+
)，即为待测铁芯剩磁测量的计算公式。
50.第四步、进行待测铁芯剩磁试验分析：
51.通过对待测变压器铁芯施加正、负向的短时小直流激励，获得两个不同大小的充磁时间，根据充磁时间大小确定正向充磁时间，并进一步确定待测变压器铁芯的剩磁的方向，根据正向充磁时间，再利用第三步已建立的关系式，确定已知剩磁方向下的待测变压器铁芯的剩磁值。
52.搭建待测变压器铁芯剩磁的实验平台，进行待测变压器铁芯剩磁方向的判断和大小的计算，并进行误差分析。
53.图2所示实施例表明，本发明实施例中选取的封闭磁路变压器铁芯的尺寸示意图。
54.图3所示实施例表明，本发明实施例中选取的封闭磁路变压器铁芯的实物图。
55.选取的变压器的铁芯的尺寸为：铁芯每片片宽80mm，铁芯叠片厚度为20mm，方形铁芯整体呈环状正方体，铁芯整体内部正方形的边长为400mm，铁芯外部正方形的边长为560mm。
56.图4所示实施例表明，本发明实施例中待测方形变压器铁芯在电磁暂态仿真软件中剩磁处的分布图。
57.在电磁暂态仿真软件中，得到预设剩磁的分布图。根据铁芯磁密的分布可以看出铁芯中剩磁呈均匀分布，因此在仿真和实验中所提及到的剩磁值都是铁芯的平均磁通密度。
58.图6所示实施例表明，本发明实施例中待测方形铁芯建立的正向充磁时间与剩磁之间的关系。
59.本发明实施例中建立正向充磁时间与剩磁的关系，并通过数据拟合的方法对该关系的数学公式进行提取，得到计算剩磁的关系式。该关系能够充分反映整个瞬态过程中剩磁的变化趋势。
60.图7所示实施例表明，本发明实施例中剩磁测量的实验平台。在搭建的实验平台上
对本发明的剩磁检测方法进行验证，并分析预设剩磁和计算剩磁的测量误差。对待测变压器铁芯中的剩磁进行测量，该实验平台需要的测量仪器包括信号发生器、功率放大器、特斯拉计、数字示波器和电流采集卡；信号发生器发出直流激励信号，经功率放大器进行信号放大，施加在铁芯一次绕组的两端；通过特斯拉计跟踪并记录激励施加过程中，铁芯中磁通的变化情况；通过测量得到的电流信号i(t)得到对应的充磁时间，比较充磁时间的大小，确定正向充磁时间，进而判断剩磁方向，通过确定的正向充磁时间t
r+
根据关系式计算剩磁大小。正向充磁时间t
r+
和负向充磁时间t
r-为整个瞬态过程中剩磁变化的时间，能够充分反映出剩磁的变化趋势。
61.图8所示实施例表明，本发明实施例中待测方形铁芯正剩磁的充磁时间。
62.本发明实施例中对正剩磁下待测变压器铁芯先后加载正、负向小直流激励，检测到对应瞬态电流波形，根据电流波形提取对应的充磁时间，正向充磁时间小于负向充磁时间，进而判断出t
r1
为正向充磁时间，由此判别出铁芯中为正剩磁。同时，正向充磁时间能够充分反映出瞬态过程中的剩磁的变化趋势，有利于剩磁的检测。
63.图9所示实施例表明，本发明实施例中待测方形铁芯负剩磁的充磁时间。
64.本发明实施例中对负剩磁下待测变压器铁芯先后加载正、负向小直流激励，检测到对应瞬态电流波形，根据电流波形提取对应的充磁时间，正向充磁时间小于负向充磁时间，比较充磁时间的大小，正向充磁时间为负向激励，由此判别出铁芯中为负剩磁。同时，正向充磁时间能够充分反映出瞬态过程中的剩磁的变化趋势，有利于剩磁的检测。
65.具体实验过程：
66.(1)待测变压器铁芯进行充分退磁，然后对铁芯绕组施加较大电流激励，再撤掉该激励，进行铁芯剩磁的预设。在激励施加过程中，结合特斯拉计对变压器铁芯中的磁通进行实时跟踪，确定待测变压器铁芯中产生的预设剩磁值的大小；
67.(2)对待测变压器铁芯剩磁的方向进行判断：
68.在待测变压器铁芯绕组上分别施加一个与仿真一致的正、负向的短时小直流激励信号，根据电流采集卡检测到电流信号，并且显示在数字示波器中；对比分析测得正、负向激励下的充磁时间的大小，以充磁时间小的作为正向充磁时间，进而确定剩磁的方向，即较小的充磁时间对应的激励方向为正，则为剩磁正方向，反之，为负方向；
69.(3)计算待测变压器铁芯的剩磁大小：
70.通过有限元仿真得到该类型待测变压器铁芯的剩磁与正向充磁时间的关系式，br＝f(t
r+
)，给定待测变压器铁芯绕组正、负向的直流激励，获取正、负向激励下的充磁时间，比较充磁时间的大小确定正向充磁时间t
r+
，进而计算出铁芯中的剩磁值。将相同条件下的预设剩磁值与计算剩磁值进行比较，分析出测量剩磁的误差较小，精确性较高。
71.本发明根据估计法确定剩磁的范围，估计法认为剩磁的大小约为铁芯饱和磁密的0.2至0.8倍。例如，本发明实施例中待测铁芯的饱和磁密为1.8t时，剩磁的预设范围确定为0.4t-1.44t，在该范围内，对待测变压器铁芯的剩磁进行预设。
72.在预设剩磁以后，对待测变压器铁芯模型绕组分别加载正、负向的短时小直流激励，得到绕组瞬态电流波形，得出充磁时间，通过对比分析两个充磁时间的大小，发现正向充磁时间小于负向充磁时间，进而判断出待测变压器铁芯的剩磁方向为正方向，反之，为负方向。
73.实施例
74.本发明对待测变压器铁芯中剩磁测量进行研究，在实施例中，选用具有封闭磁路结构的方形铁芯为研究对象，对本发明的剩磁测量方法进行验证。
75.第一步，建立剩磁影响下的方形铁芯的电磁暂态仿真模型。
76.在电磁暂态仿真软件上，根据待测变压器铁芯的结构尺寸在电磁暂态仿真软件中建立待测变压器铁芯几何模型，对剩磁影响下待测变压器铁芯的磁滞模型进行分析，设置铁芯材料属性，建立准确的待测铁芯模型。本实施例在电磁暂态仿真软件中，根据图2和图3所示方形铁芯的结构尺寸对方形铁芯进行模型。对该方形铁芯的材料属性进行设置，方形铁芯选用的材料型号为b30p105。建立的方形铁芯的仿真模型如图4所示，其中铁芯在剩磁为0.801t处的磁密分布是均匀的。
77.第二步，方形铁芯剩磁的方向判断。
78.通过给铁芯绕组施加不同大小的电流激励，使铁芯产生不同大小和方向的剩磁值。铁芯材料选用的硅钢片的型号为b30p105，其饱和磁密为1.8t，因此本实施例中预设剩磁的范围为0.4t-1.44t。
79.在电磁暂态仿真分析中，预设剩磁的方向均采用正向剩磁进行研究，当预设剩磁为正剩磁时，对铁芯施加先正向、后负向直流激励，分别测得正、负向瞬态电流波形，提取正、负向瞬态电流波形中对应的充磁时间如图5所示。由于预设剩磁为正剩磁，所以施加正向激励与剩磁同方向，得到的充磁时间为正向充磁时间t
r+
；而施加负向激励与剩磁反方向，得到的充磁时间为负向充磁时间t
r-。
80.在不同剩磁下，t
r+
均小于t
r-，根据充磁时间的相对大小确定出正向充磁时间，本实施例中正向充磁时间对应正向激励，因此判断出剩磁方向为正方向，与预设剩磁方向一致，表明上述理论分析的准确性。
81.实际中，在未知铁芯剩磁的方向的情况下，根据在某一给定剩磁情况下，对比分析出正、负激励下两个充磁时间的大小，确定出正向充磁时间，进而判断出剩磁方向。
82.第三步，拟合出考虑整个瞬态过程的方形铁芯剩磁计算公式。
83.在待测变压器铁芯仿真模型绕组加载不同大小的电流激励，得到不同大小的剩磁，根据第二步所确定的仿真模型的剩磁方向，在待测变压器铁芯仿真模型绕组中加载短时小直流激励，获得不同剩磁情况下的正、负向充磁时间；分析剩磁与正向充磁时间的拟合关系，即为计算剩磁的公式br＝f(t
r+
)＝-0.295t
r+
+6.965。剩磁与正向充磁时间t
r+
的拟合关系如图6所示。
84.第四步，搭建方形铁芯的实验平台。
85.(1)搭建待测铁芯的实验平台，对本发明中提出的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法进行实验验证。对铁芯进行剩磁预设，预设剩磁的范围与仿真基本一致，剩磁范围是0.4t-1.44t。
86.(2)搭建的实验平台如图7所示，当给绕组加载正、负向小激励信号(电压激励0.15v)，通过电流采集卡检测电路中的电流信号，经过数据处理得到对应的充磁时间，判断剩磁方向。通过仿真和试验分析可知，在预设剩磁为0.79t时，施加激励与测量电流波形如图8所示，固定施加激励的时长，施加激励的方式为先正向、再负向，通过检测的电流波形可以得到两个充磁时间，对应正向激励下的充磁时间t
r1
为50ms，对应负向激励下的充磁时间
t
r2
大于75ms，比较二者大小，正向激励下的充磁时间t
r1
小于应负向激励下的充磁时间t
r2
，选择t
r1
为正向充磁时间t
r+
，铁芯中剩磁方向与正向充磁时间方向一致，则判断铁芯中为正剩磁，与预设剩磁方向一致，且t
r1
为全局提取一个时间信息，能够充分反映出整个瞬态过程中剩磁的变化趋势。
87.本发明方法扩大了施加激励的范围，在较大激励下能够检测到更大的信号，更有利于实际情况下的使用，避免了现有技术中只能在很窄的激励范围下使用的不足。
88.当预设剩磁为-0.98t时，施加激励与测量电流波形如图9所示，固定施加激励的时长，施加激励的方式为先正向、再负向，此时，先施加的正向激励与预设剩磁极性相反，表明先产生的充磁时间t
r1
为负向充磁时间；后施加的负向激励与预设剩磁极性相同，表明后产生的充磁时间t
r2
为正向充磁时间；且从图中可以看出t
r1
大于t
r2
，正向充磁时间小于负向充磁时间，正向充磁时间对应负向激励，判断剩磁方向为负方向，与预设剩磁方向一致，且t
r2
作为正向充磁时间能够充分反映出整个瞬态过程中剩磁的变化趋势。
89.(3)计算方形铁芯中剩磁的大小。根据第三步中得到的剩磁计算公式，对方形铁芯中的剩磁进行计算。当给变压器一次绕组施加对剩磁影响小于5％的正向短时小直流激励信号时，得到正向充磁时间t
r+
，将该值代入第三步中的计算公式中，计算出铁芯剩磁的大小。
90.当预设剩磁为0.79t时，t
r+
为50ms，计算出铁芯剩磁为0.803t，与预设剩磁相比，测量误差为1.6％。当预设剩磁为-0.98t时，t
r+
为38ms，计算出铁芯剩磁为-0.95t，与预设剩磁相比，测量误差为3.1％，其值小于5％，满足工程测量需求。由此表明检测方法能够充分反映出整个瞬态过程中剩磁的变化趋势，且检测大剩磁的精确性较高。与现有剩磁测量方法相比，具有易判断剩磁方向、检测精度较高、适用性强以及操作简单等优点。
91.本发明未述及之处适用于现有技术。

技术特征：
1.一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：建立待测变压器铁芯仿真模型；对待测变压器铁芯仿真模型绕组施加不同大小的电流激励，得到不同的预设剩磁；在不同预设剩磁基础上施加正、负向短时小直流激励，测得变压器绕组的正向和负向瞬态电流波形，进而得到正负激励方向下的两个充磁时间，定义激励方向与剩磁方向相同的充磁时间为正向充磁时间，激励方向与剩磁方向相反的充磁时间为负向充磁时间；正向充磁时间小于负向充磁时间，以正向充磁时间对应的激励方向确定当前待测变压器铁芯仿真模型的剩磁方向，即正向充磁时间对应激励方向为正向，表明铁芯为正剩磁，反之为负剩磁；获得不同剩磁下待测变压器铁芯仿真模型的正向充磁时间，拟合剩磁与正向充磁时间的关系式，即为考虑整个瞬态过程的待测铁芯剩磁计算公式；通过对待测变压器铁芯施加正、负向的短时小直流激励，获得两个不同大小的充磁时间，根据充磁时间大小确定正向充磁时间，并进一步确定待测变压器铁芯的剩磁的方向，根据正向充磁时间，再利用剩磁与正向充磁时间的关系式，确定已知剩磁方向下的待测变压器铁芯的剩磁值。2.根据权利要求1所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述待测变压器铁芯仿真模型为剩磁影响下的待测变压器铁芯仿真模型，对考虑剩磁影响下的待测铁芯磁滞模型进行分析，使得建立的待测铁芯模型与实际模型更接近。3.根据权利要求1所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述短时小直流激励指，在激励施加时，必须确保铁芯初始剩磁的变化率在5％以内，短时小直流的取值为不大于0.2v，优选为0.12v-0.15v。4.根据权利要求1所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述预设剩磁的取值范围为铁磁材料饱和磁通密度的0.2至0.8倍。5.根据权利要求1所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，待测变压器铁芯为方形铁芯，铁芯所用硅钢片型号为b30p105，硅钢片的每片片宽为80mm，铁芯叠片厚度为20mm，铁芯整体内部正方形的边长为400mm，铁芯整体外部正方形的边长为560mm。6.根据权利要求1-5任一所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，其特征在于，所述检测方法用于具有封闭磁路的任何变压器铁芯或者含有剩磁的其他电力装备铁芯中进行剩磁检测。7.一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测实验平台，其特征在于，进行待测变压器铁芯剩磁方向的判断和大小的计算，并进行误差分析；该实验平台需要的测量仪器包括信号发生器、功率放大器、特斯拉计、数字示波器和电流采集卡；特斯拉计连接待测变压器铁芯；信号发生器发出直流激励信号，经功率放大器进行信号放大，施加在铁芯一次绕组的两端；通过特斯拉计跟踪并记录正负向激励施加过程中，铁芯中磁通的变化情况；测量得到的电流信号，通过电流采集卡进行信号采集，显示在数字示波器中；由电流获得两个充磁时间，比较充磁时间的大小，确定正向充磁时间，进而判断剩磁方向，通过确定的正向充磁时间t
r+
根据关系式计算剩磁大小。
8.根据权利要求7所述的基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测实验平台，其特征在于，所述实验平台的具体实验过程是：(1)待测变压器铁芯进行充分退磁，然后对待测变压器铁芯绕组施加较大电流激励，再撤掉该激励，进行铁芯剩磁预设；在激励施加过程中，结合特斯拉计对待测变压器铁芯中的磁通进行实时跟踪，确定待测变压器铁芯中产生的预设剩磁值的大小；(2)对待测变压器铁芯剩磁的方向进行判断：在步骤(1)含有预设剩磁的待测变压器铁芯次绕组上分别施加一个与仿真一致的两个不同方向的短时小直流激励信号，根据电流采集卡检测到电流信号，并且显示在数字示波器中；对比分析测得正、负向激励下的充磁时间的大小，以充磁时间小的作为正向充磁时间，进而确定剩磁的方向，即较小的充磁时间对应的激励方向为正，则为剩磁正方向；(3)计算待测变压器铁芯的剩磁大小：获取步骤(2)的激励下的正向充磁时间，再根据剩磁b
r
与正向充磁时间的关系式计算出待测变压器铁芯中的剩磁值，此为计算剩磁值；将相同条件下的预设剩磁值与计算剩磁值进行比较，分析出测量剩磁的误差。

技术总结
本发明为一种基于充磁时间的变压器铁芯剩磁检测方法，在电磁暂态仿真软件中，建立了考虑剩磁影响下的待测变压器铁芯仿真模型，分析不同剩磁下，正、负向短时小直流激励作用下，正、负向充磁时间的变化趋势，根据正、负向充磁时间大小不同，判断出剩磁的方向。通过数据拟合得到剩磁和正向充磁时间的关系式，即为计算剩磁公式。基于该剩磁检测方法搭建实验平台上，分析测量结果的相对误差。此外，提出的剩磁检测方法能够充分反映整个暂态过程中剩磁的变化趋势，不仅具有简单的计算公式来计算铁芯中的剩磁，而且在实际中更易于操作。同时，根据场路耦合分析法可知，该方法可以应用于任何具有封闭磁路的铁芯中，具有普遍适用性。具有普遍适用性。具有普遍适用性。


技术研发人员：火彩玲 杨一鸣
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/16