劉宏勛,楊慶新,2,張俊杰,劉蘭榮
(1.河北工業(yè)大學(xué) 電磁場(chǎng)與電器可靠性省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300130;2.天津工業(yè)大學(xué),天津 300160;3.保定天威集團(tuán)技術(shù)中心 電磁研究室,河北 保定 071056)
鐵心過(guò)勵(lì)磁一般指鐵心工作在磁密飽和點(diǎn)以上.當(dāng)一臺(tái)變壓器在飽和磁密或以上運(yùn)行時(shí),就會(huì)有大量的雜散磁通使繞組和夾件、油箱等金屬件產(chǎn)生雜散損耗而使局部過(guò)熱.為使變壓器不產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁或縮短過(guò)勵(lì)磁時(shí)間,一方面要有過(guò)勵(lì)磁保護(hù)裝置,另一方面設(shè)計(jì)時(shí)要按照變壓器運(yùn)行特性[1]加以考慮.
利用已經(jīng)建立的模擬變壓器鐵心的疊片鐵心模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量得到鐵心接近飽和時(shí)的數(shù)據(jù),更接近鐵心的實(shí)際工況.測(cè)量的難點(diǎn)是如何在鐵芯接近飽和的情況下,保證測(cè)量電壓的正弦性,波形畸變?cè)趪?guó)標(biāo)允許的范圍內(nèi).通過(guò)幾組實(shí)驗(yàn)方法的比較,最終確定的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)所使用的儀器設(shè)備及性能指標(biāo)如表1所示.其中被試品的選擇關(guān)系到能否測(cè)量得到有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).本實(shí)驗(yàn)中采用的被試品由天威集團(tuán)實(shí)驗(yàn)中心制作.該產(chǎn)品級(jí)的鐵心模型全部采用45°全斜接縫、每級(jí)兩片、三級(jí)步進(jìn)、5mm搭接的疊裝工藝制作而成[2].鐵心模型(ModelC2)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表2(天威集團(tuán)電磁研究室提供)[3-4].
表1 實(shí)驗(yàn)所使用的儀器設(shè)備及性能Tab.1 Parametersof the experimentdevices
模型鐵心尺寸硅鋼片型號(hào)30Q140(武鋼生產(chǎn),未退火處理)硅鋼片密度模型鐵心截面激磁線圈和磁量線圈匝數(shù)激磁線圈線規(guī)導(dǎo)線電導(dǎo)率導(dǎo)線密度測(cè)量線圈線規(guī)總激磁線圈匝數(shù)總測(cè)量線圈匝數(shù)轉(zhuǎn)角厚度/m硅鋼片規(guī)格/m 7.65×103 kg/m3 2 767.05mm2第1層108匝(抽頭)第2層104匝第3層100匝4× 1.6mm 5.714 3×107 S/m 溫度:20℃8.9×103 kg/m3 0.56mm 312(108(內(nèi))+104(中)+100(外))312(與激磁線圈分布一致)0.025 0.420×0.110
該實(shí)驗(yàn)的目的是,對(duì)模型(ModelC2)312匝做過(guò)勵(lì)磁實(shí)驗(yàn),同時(shí)測(cè)量模型的輸入電壓與輸出電壓,觀察電壓波形的正弦性,并利用WT3000記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形.在保證感應(yīng)電壓波形正弦性的前提下,盡可能做到更高的值,從而得到深度飽和的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果.
實(shí)驗(yàn)線路如圖1.在被測(cè)試品(模型鐵心)的激勵(lì)端施加一個(gè)正弦的電壓源,而將測(cè)量端開(kāi)路,測(cè)量并記錄下空載時(shí)的數(shù)據(jù).隨著激勵(lì)電壓的升高,被測(cè)鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)逐漸升高.當(dāng)超過(guò)1.9T后,激磁電流峰值會(huì)很大,此時(shí)要注意監(jiān)測(cè)測(cè)量電壓的波形的正弦性,THD含量不能超過(guò)規(guī)定的值.每一個(gè)工作點(diǎn)都記錄下相應(yīng)的電壓、電流等數(shù)據(jù)和波形.
圖1 實(shí)驗(yàn)接線原理圖Fig.1 Schematic diagram of theexperimentcircuit
本實(shí)驗(yàn)使用精密功率分析儀(WT3000,YOKOGAWA,日本)記錄測(cè)量線圈的感應(yīng)電壓,激磁線圈的電流,由實(shí)驗(yàn)中采集的電壓電流的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用MATLAB已編程序進(jìn)行求解,求得、(:磁通密度為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度值).表3中列出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得出的疊片鐵心的數(shù)據(jù).圖2是根據(jù)方圈的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4],利用MATLAB繪制的激磁曲線.圖中的系列4是根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的激磁曲線的飽和段.為了是曲線更加清晰,圖3中繪制出只取磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)1.8 T的一段.
表3 數(shù)據(jù)處理后的和Tab.3 Calculated and based on the experimentaldata
表3 數(shù)據(jù)處理后的和Tab.3 Calculated and based on the experimentaldata
磁感應(yīng)強(qiáng)度1.937 1.947 1.969 1.991 2 2.021磁場(chǎng)強(qiáng)度3 555.118 0 4 000.645 2 5 741.225 6 9 433.500 2 11 429.516 1 16 781.980 7磁感應(yīng)強(qiáng)度2.034 2.043 2.049 2.054 2.058磁場(chǎng)強(qiáng)度20 342.234 3 23 096.753 6 25 022.997 7 26 565.707 5 27 836.001 9
對(duì)激磁曲線測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)愈多,那么反應(yīng)激磁曲線的精確度也越高.當(dāng)鐵心材料進(jìn)入飽和后,隨著鐵心非線性程度的不斷增加,磁感應(yīng)強(qiáng)度很小的變化,都會(huì)引起激磁電流很大的增加,這樣對(duì)測(cè)量造成了很大的難度.這一點(diǎn)從表3數(shù)據(jù)中可以清楚的看出來(lái).當(dāng)值從2.034 T增加到2.043 T,也就是增加了0.009 T,相應(yīng)的從20 342.234 3(A/m)增加到23 096.753 6(A/m),增加了2 754.519 3(A/m).所以針對(duì)已經(jīng)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用工程實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的最小二乘法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,可以得到飽和段中和的近似關(guān)系式:
電力變壓器的過(guò)勵(lì)磁故障分析中,鐵心的電磁特性關(guān)系重大.本文針對(duì)電力變壓器的鐵心特性進(jìn)行研究,介紹了接近工程變壓器的鐵心方圈法測(cè)量鐵心過(guò)勵(lì)磁特性的方法,得到變壓器鐵芯高度飽和時(shí)激磁數(shù)據(jù),對(duì)于變壓器的過(guò)勵(lì)磁的分析和計(jì)算具有重要的意義.目前的問(wèn)題是,由于過(guò)勵(lì)磁時(shí)的非線性,磁通密度的變化使得激磁電流峰峰值達(dá)到了上百安培,在計(jì)算上存在著難于收斂的問(wèn)題.對(duì)計(jì)算機(jī)的性能提出了更高的要求,計(jì)算方法上也需要做更多的研究,解決收斂性的難題.
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