专利名称：变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及材料磁变量的测量，具体地说是变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法。
背景技术：
随着我国特高压直流输电技术的不断发展，变压器直流偏磁问题日益突出，并已经成为工程实际中亟待解决的课题。研究直流偏磁对交流变压器的影响对于变压器制造厂家、电力系统管理和建设部门都是十分必要，这已引起国内外变压器设计和科研人员的重视。变压器直流偏磁现象是指由于某种原因导致变压器铁心中出现了直流磁通，使得变压器铁心呈现正负半周不对称饱和以及由此引起的一系列电磁效应。变压器在直流偏磁工作条件下，直流磁通和交流磁通相叠加形成偏磁时铁心的总磁通，在与直流偏磁方向一致的半个周期，铁心饱和程度大大增加，铁心损耗增大，同时导致铁心漏磁通增加，引起金属结构件的局部过热，严重时可引起变压器的损坏。为了避免直流偏磁引起的变压器损耗增大并引发局部过热，必须对变压器铁心材料在其实际工作状态下的电磁性能进行测量，以便对变压器铁心结构进行优化设计。而实现这一目的前提是要准确测量变压器铁心材料的磁特性数据，其中铁磁材料的直流偏磁比总损耗曲线是用电磁场计算软件进行三维电磁场分析和计算材料损耗时必不可少的磁特性数据，为此首先是要获得在完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况下的更加接近真实值的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线。近年来，在对电力变压器进行三维有限元分析时，不论是磁性材料中的电磁场分布还是损耗分布，其结果的准确度和有效性归根结底还是取决于该材料在其实际工作状态下的电磁性能。而电工材料供应商提供的变压器铁心材料的电磁性能数据通常是在标准规定的条件下测量得出的。对于用作变压器铁心材料的取向硅钢片的直流偏磁比总损耗曲线的获得，现有技术一般是采用传统的爱泼斯坦方圈测量的方法，其中单片测量仪的测量条件包括供电电源、环境温度和试件取样的严格规定，但是在这种标准条件下测量得到的数据，显然不能应用于变压器铁心材料取向硅钢片的直流偏磁问题的求解。因为直流偏磁条件下，硅钢片材料的磁化过程是交流激励电流和直流激励电流的共同作用过程，而上述方法中所采用的激励电流都是标准的正弦交流激励，没有考虑直流激励的影响。另外，日本学者高桥则雄等在网山大学的实验室利用开放式单片测量系统，实现对铁磁材料在直流偏磁工作条件下的材料属性进行测量。利用该实验系统对在不同偏置磁场作用下硅钢片中铁磁材料的损耗进行了测量，得到了该材料在直流偏磁条件下的比总损耗曲线。该方法的缺点是该系统激励的施加方式采用的是交流激励和直流激励并联加载的方式，与在线运行实际中的电力变压器发生直流偏磁问题时的串联激励方式不一致，所得到的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线远偏离真实值，导致测量结果产生误差。如果即便该系统采用和实际工况相符的串联激励方式，那么由于该系统可测量的材料与实际变压器中使用的材料有很大区别，其工作磁通密度太低，也不足以说明电力变压器直流偏磁条件下的实际情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，针对电力变压器常用的晶粒取向硅钢片，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠积型铁心材料中的损耗分布，测量并获得变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线。这样的模拟测量方法，完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线接近真实值。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，步骤如下A.制作变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置主要用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和工频交流电源按以下连接构成本实施例的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，其中，变压器铁心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器铁心模型是为完全按照电力变压器铁心的制造标准和叠装工艺设计制作的产品级模型，工频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R1及R2连接至接触调压器中的输入端A和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源的输入端， 直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器铁心模型的激磁线圈一端相连，变压器铁心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关Kl与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的测量探头与变压器铁心模型的测量线圈通过开关K2 相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈为变压器铁心二次侧线圈；B.用由A制作的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在O. IA 2A范围中一个任意给定直流励磁电流Ide作用时的被测变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线，下述的交流工作点是指工频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即工频交流电源输出的电压Ug第一步，施加一个任意给定的直流励磁电流Id。于上述变压器铁心模型，测量在Ug =27V 486V范围中各个不同交流工作点作用下的上述变压器铁心模型的测量线圈的感应电压e(t)的波形；第二步，施加同第一步的直流励磁电流Id。于上述变压器铁心模型，测量和第一步中对应的不同交流工作点作用下的上述变压器铁心模型的有功功率即变压器铁心模型的变压器铁心材料的总损耗；第三步，对第一步中测量得到的变压器铁心模型的测量线圈的感应电压e(t)的波形采用公式(I)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φ
权利要求
1.变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，其特征在于步骤如下A.制作变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置主要用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和工频交流电源按以下连接构成本实施例的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，其中，变压器铁心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器铁心模型是为完全按照电力变压器铁心的制造标准和叠装工艺设计制作的产品级模型， 工频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R1及R2连接至接触调压器中的输入端A 和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源的输入端，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器铁心模型的激磁线圈一端相连，变压器铁心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关Kl与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的测量探头与变压器铁心模型的测量线圈通过开关K2相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈为变压器铁心二次侧线圈。B.用由A制作的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在O. IA 2A范围中一个任意给定直流励磁电流Ide作用时的被测变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线，下述的交流工作点是指工频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即工频交流电源输出的电压Ug第一步，施加一个任意给定的直流励磁电流Id。于上述变压器铁心模型，测量在Ug = 27V 486V范围中各个不同交流工作点作用下的上述变压器铁心模型的测量线圈的感应电压e⑴的波形；第二步，施加同第一步的直流励磁电流Id。于上述变压器铁心模型，测量和第一步中对应的不同交流工作点作用下的上述变压器铁心模型的有功功率即变压器铁心模型的变压器铁心材料的总损耗；第三步，对第一步中测量得到的变压器铁心模型的测量线圈的感应电压e(t)的波形采用公式(I)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φ
2.根据权利要求I所述变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，其特征在于所述不同交流电压工作点的获得方法是通过在27V 486V范围内以20V步进来调节交流电源的输出，使得变压器铁心模型处于不同的交流工作点。
3.根据权利要求I所述变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，其特征在于在所述变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法所用的装置中，变压器铁心模型的变压器叠片铁心截面面积为2. 77X 103mm2，激磁线圈的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈线规为0 I. 6mm，测量线圈匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈线规为0O.56mm,变压器铁心接缝面积为4. 01 X IO3Him2。
4.根据权利要求I所述变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，其特征在于在所述变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法所用的装置中，变压器铁心模型采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装工艺制作而成。
全文摘要
本发明变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法，涉及材料磁变量的测量，步骤如下先用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、数字示波器、功率分析仪和工频交流电源制作本发明方法的所用装置，再用该装置按六个步骤操作获得在0.1A～2A范围中一个任意给定直流励磁电流Idc作用时即在有直流偏置磁场作用下的被测变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线。本发明方法采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠积型铁心材料中的直流磁通，完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线接近真实值。
文档编号G01R33/12GK102608552SQ20121010986
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月14日 优先权日2012年4月14日
发明者刘兰荣, 刘福贵, 张俊杰, 李永建, 汪友华, 程志光, 赵志刚 申请人:河北工业大学