铁磁元件空载特性低频测量方法和剩磁测量方法研究

摘要

随着我国电力系统的发展，输电电压等级、容量不断提高，输电范围越来越广。电网中需要变压器、电磁式互感器和电抗器等铁磁元件对电力进行传输、变换和测量。铁磁元件的安全稳定运行对电网可靠运行至关重要。而空载特性测量是检测这些设备绕组和铁心故障的有效方法之一，但随着铁磁元件电压和容量的增加，使得采用工频法测量空载特性所需要设备的电压和容量较大，试验操作复杂。此外，铁心剩磁可能给变压器带来较大的励磁涌流，使互感器测量误差增大或误动作。因而，研究铁磁元件空载特性测量、剩磁测量及退磁方法十分有必要。为了降低试验设备体积和重量，以便于研制成便携式的测试设备，提出了利用低频电源进行空载、剩磁测量及退磁试验。　　本文在国内外研究基础上，首先建立了单相变压器和互感器等铁磁元件的空载等效电路，分析了铁心损耗（铁损耗）的组成及与频率的关系，介绍了基于最小二乘原理和Steinmetz铁心损耗分离公式的铁心损耗低频测量方法。采用Matlab Simulink对单相变压器空载电流进行仿真，然后对励磁电流频率分量进行离散傅里叶分析，发现在磁密相同、频率不同的情况下，励磁电流的基波分量随着频率的增加而增加，高次谐波大小基本不随频率的变化，首次提出了对涡流电流补偿到励磁电流基波分量的铁磁元件空载电流谐波和励磁特性的低频测量方法。　　利用可编程的低频变频电源在单相变压器和电流互感器上展开了试验验证，结果表明低频法测量铁磁元件的铁心损耗和励磁特性与工频实测法相比的相对误差在5％以内，空载电流谐波含量的测量误差在1%以内。试验电源容量基本与频率成正比，试验电源容量随着频率降低而成倍降低。因而，采用本文所述的低频试验方法基本能够代替工频试验。　　此外，在电流互感器上展开了剩磁的测量与退磁方法的试验研究，分析了基于极性变化直流电压源的剩磁测量方法和几种基于低频原理的退磁方法。采用可编程电源在电流互感器上展开试验，验证了其可行性。与工频开路退磁法相比，本文所述的退磁方法具有退磁效果好、时间短，退磁电源电压低、容量小的优点。

目录

1 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 铁磁元件铁心损耗低频测量方法

2.1 铁磁元件的基本结构

2.2 铁磁元件铁心损耗的组成与计算

2.3 铁磁元件铁心损耗测量方法

2.4 铁心损耗低频测量方法试验验证

2.5 低频法与工频法试验电源容量比较

2.6 本章小结

3 变压器空载电流谐波低频测量方法

3.1 变压器空载电流谐波产生的原理

3.2 空载电流谐波含量低频测量的补偿算法

3.3 空载电流谐波低频测量方法仿真分析

3.4 空载电流谐波低频测量方法试验验证

3.5 仿真与试验结果比较

3.6 本章小结

4 铁磁元件励磁特性低频测量方法

4.1 铁磁元件励磁特性工频测量方法

4.2 铁磁元件励磁特性低频补偿折算方法

4.3 低频励磁特性测量方法试验研究

4.4 本章小结

5 互感器剩磁测量及退磁方法

5.1 互感器剩磁产生原因

5.2 互感器初始剩磁通测量方法研究

5.3 互感器退磁方法

5.4 互感器退磁试验验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 对后续工作的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间获得的科技成果

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目