DEG-10A變壓器消磁儀的裝置研制

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司雙創(chuàng)中心 魏文力 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司 黃繼來(lái) 劉茂集 張海龍 高 強(qiáng)

電力變壓器為電網(wǎng)主要構(gòu)成元件，在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有重要作用。在檢修后實(shí)現(xiàn)電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)，測(cè)試變壓器繞組直流電阻為變壓器預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目。將直流電壓設(shè)置到變壓器繞組中，使變壓器鐵心中產(chǎn)生剩磁。在變壓器使用過(guò)程中，鐵心剩磁會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵心半周飽和，在勵(lì)磁電流中會(huì)產(chǎn)生諧波，使變壓器無(wú)功功耗得到增加，還會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。鐵心高度飽和會(huì)增加漏磁，使油箱和金屬結(jié)構(gòu)件過(guò)熱，局部過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致絕緣紙老化，分解變壓器油，變壓器壽命縮減。對(duì)于以上原因，在變壓器直流試驗(yàn)或者投入運(yùn)行前要進(jìn)行變壓器消磁，對(duì)保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行尤為重要。

1 剩磁的危害和變壓器消磁儀概念

1.1 剩磁的危害

剩磁的危害主要包括：

引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)頻頻失??；變壓器出線短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；A 電站一臺(tái)變壓器空載接進(jìn)電源產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，誘發(fā)鄰近其他B 電站、C電站等正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流(sympathetic inrush)”而誤跳閘，造成大面積停電；勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過(guò)大受損； 誘發(fā)操縱過(guò)電壓，損壞電氣設(shè)備；勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過(guò)度磁化而大幅降低丈量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率；勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染；造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作。

1.2 變壓器消磁儀的原理

DEG-10A 電力變壓器消磁儀是消除大型電力變壓器、互感器直流電阻試驗(yàn)后剩磁危害的專用設(shè)備，對(duì)保護(hù)電力變壓器互感器免受勵(lì)磁涌流沖擊，和安全投運(yùn)有極其重要的作用。由于鐵磁材料固有的磁滯現(xiàn)象，在對(duì)電力變壓器進(jìn)行電壓比、直流電阻測(cè)量等操作后會(huì)在鐵芯中殘留剩磁[1]。由于剩磁的存在[2]，當(dāng)變壓器投入運(yùn)行時(shí)鐵芯剩磁使變壓器鐵芯半周飽和，在勵(lì)磁電流中產(chǎn)生大量諧波，這不僅增加了變壓器的無(wú)功消耗，而且可能引起繼電保護(hù)器誤動(dòng)作，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。所以我們?cè)谧儔浩魍哆\(yùn)前必須做消磁工作，確保變壓器安全正常運(yùn)行[3]。

DEG-10A 電力變壓器消磁儀在原系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)消磁模式，用戶不必重復(fù)操作。增大了液晶模塊尺寸，新增消磁時(shí)間測(cè)試功能，使顯示信息更豐富。從消磁時(shí)間上該產(chǎn)品由原來(lái)的30分鐘提高到小于2分鐘。主要技術(shù)指標(biāo)包括：

消磁電流：1～10A 可任意設(shè)制；

消磁模式：標(biāo)準(zhǔn)退磁、快速退磁；

消磁時(shí)間：快速模式：2分鐘/次左右（不分電壓等級(jí)和容量）；

標(biāo)準(zhǔn)模式：5分鐘/次左右（不分電壓等級(jí)和容量）；

消磁效果：標(biāo)準(zhǔn)—大于90%/單次，快速—大于80%/單次；

消磁進(jìn)度：0～100% 自動(dòng)記錄消磁數(shù)據(jù)；

工作電源：AC 220V±10%，機(jī)器尺寸：37× 26×28厘米；

環(huán)境溫度：-25℃～50℃；

重量：10kg(不含測(cè)試線)。

2 變壓器消磁儀裝置的設(shè)計(jì)

2.1 變壓器消磁儀的結(jié)構(gòu)原理

DEG-10A 變壓器消磁儀裝置主要包括操作控制、直流衰減變頻電流、剩磁檢測(cè)和電源轉(zhuǎn)換等系統(tǒng)構(gòu)成，圖1為總體電路結(jié)構(gòu)原理：

圖1 總體電路結(jié)構(gòu)原理

電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)只有電源轉(zhuǎn)換單元，輸入端和AC 220V 連接，輸出端和消磁裝置其他各單元電源端連接，使AC 220V 轉(zhuǎn)變成為各單元需要的工作電源，從而保證其他有源單元能夠正常的工作。比如，±5V 直流電源攻擊控制采集單元與專家電源等[4-5]。

剩磁檢測(cè)系統(tǒng)主要包括測(cè)量輸出單元、交流信號(hào)源單元、交流電壓檢測(cè)單元、專家分析單元、控制采集單元。交流信號(hào)源單元輸入端接單元中AC 400V 輸出端，交流信號(hào)源單元輸出端和交流電壓、電流檢測(cè)單元和連續(xù)測(cè)量輸出單元連接[6-7]。

在測(cè)試人員對(duì)測(cè)量工作狀態(tài)選擇后，控制采集單元利用專家分析單元，測(cè)試人員通過(guò)顯示單元對(duì)變壓器空載電流理論值輸入，專家分析單元記錄并且提示要進(jìn)入到剩磁測(cè)量工作。在裝置進(jìn)入到測(cè)量工作時(shí)，控制采集單元對(duì)交流信號(hào)源單元控制輸出三相角差設(shè)置交流測(cè)量信號(hào)為120°，對(duì)信號(hào)源提供消磁變壓器剩磁測(cè)量工作，交流信號(hào)源單元輸出交流測(cè)量信號(hào)利用測(cè)量輸出實(shí)現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓處理，在消磁變壓器低壓端施加。此時(shí)交流電流、電壓檢測(cè)單元檢測(cè)交流測(cè)量信號(hào)，使檢測(cè)交流電壓與電流信號(hào)傳輸?shù)娇刂撇杉瘑卧?，通過(guò)處理對(duì)專家分析單元進(jìn)行發(fā)送，并且對(duì)空載電流大小與諧波含量進(jìn)行分析，對(duì)比前面輸入空載電流理論值，提示選擇哪種檔位的消磁電流，通過(guò)試驗(yàn)報(bào)告輸出單元將測(cè)量報(bào)告輸出。

2.2 旁柱消磁線圈的繞制工藝

（1）在器身裝配架中固定放線架，作為中心立柱式結(jié)構(gòu)，從而保證線盤(pán)能夠平放，方便纏繞導(dǎo)線；

（2）導(dǎo)線將線盤(pán)抽出，順著圓周方向穿繞在旁柱中，導(dǎo)線落到旁柱地平中；

（3）因?yàn)閷?dǎo)線比較硬，在穿繞的時(shí)候以旁柱直徑提前使導(dǎo)線盤(pán)成圓弧的形狀，方便繞制，在纏繞的時(shí)候不需要收緊，在完成穿繞之后逐漸的收緊；

（4）在完成導(dǎo)線穿繞之后，從起頭的一端收緊，以圖紙的要求預(yù)留一定長(zhǎng)度后在直角彎包扎，連接線盤(pán)的一端不需要剪斷，在收緊之后以實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行選擇；

（5）收緊第一匝的時(shí)候，使起頭一端利用卡具和拉帶在裝配架中固定，另外一端在另一側(cè)裝配架中固定，通過(guò)拉帶收緊，在第一匝收緊之后通過(guò)聚酯帶根據(jù)圓周方向進(jìn)行綁扎；

（6）將第一匝尾部卡具拆除之后將第二匝收緊，之后逐漸進(jìn)行。全部匝數(shù)收緊后，以出頭長(zhǎng)度將導(dǎo)線剪斷，越過(guò)直角彎之后包扎絕緣；

（7）綁扎出頭左右，盡量能夠緊挨出頭，其他位置根據(jù)圓周均勻的綁扎。

2.3 消磁效果分析

在設(shè)計(jì)之后，要對(duì)消磁效果進(jìn)行檢驗(yàn)，重點(diǎn)是變壓器鐵芯剩磁大小檢測(cè)。傳統(tǒng)鐵芯剩磁檢測(cè)能夠利用勵(lì)磁電流耦合諧波的測(cè)量對(duì)是否有剩余磁通進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)樽儔浩鳑](méi)有剩磁時(shí)會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，這個(gè)時(shí)候勵(lì)磁涌流諧波通過(guò)三次諧波的奇次諧波，其他有其他的高次諧波。在變壓器具有剩磁的時(shí)候存在大數(shù)值勵(lì)磁涌流，這個(gè)時(shí)候勵(lì)磁電流和無(wú)剩磁時(shí)候勵(lì)磁電流主要區(qū)別為明顯偶次諧波勵(lì)磁電流[8]。勵(lì)磁電流偶次諧波具備剩磁標(biāo)準(zhǔn)，但是此檢測(cè)方法試驗(yàn)電路復(fù)雜，并且需要具備FFT 分解功能示波器，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的中小型變壓器檢測(cè)偶次諧波不明顯，無(wú)法分析結(jié)果，偶次諧波含量和合閘初相角相關(guān)，會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果。

所以，本文使用直接測(cè)量剩余磁通方法對(duì)消磁效果校驗(yàn)。首先，將5kVA 單相變壓器作為研究對(duì)象。此變壓器鐵芯通過(guò)兩個(gè)C 型鐵心構(gòu)成。為了對(duì)生詞直接檢測(cè)，要拆卸變壓器，圖2為變壓器的拆卸圖。

圖2 變壓器的拆卸圖

表1為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，φA為試驗(yàn)前鐵芯中磁通，φB 為變壓器施加直流電壓的時(shí)候鐵芯中磁通；φC為變壓器斷開(kāi)直流電壓瞬間鐵芯中磁通；φD 為變壓器斷開(kāi)直流電壓10分鐘后鐵芯磁通；φE 為變壓器斷開(kāi)直流電壓后在高壓側(cè)消磁后鐵芯磁通；φF為變壓器斷開(kāi)直流電壓后低壓側(cè)消磁后鐵心磁通。只要能夠?qū) 與Q 的磁通能夠近似為貼心內(nèi)部磁通，選擇CH-1600全數(shù)字化特斯拉計(jì)對(duì)磁通檢測(cè)。此特斯拉計(jì)具備高精度霍爾探頭，在試驗(yàn)過(guò)程中需在磁通檢測(cè)位置放置霍爾探頭。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

利用表1中的數(shù)據(jù)看出此系統(tǒng)消除變壓器剩余磁通，使大部分用戶需求得到滿足。

3 結(jié)語(yǔ)

鐵磁材料磁滯現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)剩磁，磁通密度滯后于磁感應(yīng)強(qiáng)度特性，從而導(dǎo)致分閘的時(shí)候出現(xiàn)剩磁。假如勵(lì)磁涌流和剩磁方向相同，那么勵(lì)磁涌流就會(huì)增加，出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，對(duì)設(shè)備造成危害。所以，就要對(duì)大容量變壓器進(jìn)行消磁處理。本文所研究直流衰減變頻裝置能夠解決直流法消磁時(shí)候的電流方向、大小不受控制的情況，具備消磁徹底、消磁時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到交流法效果，還能夠?qū)κ４胚M(jìn)行量化。