DEG-10A變壓器消磁儀的裝置研制

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電力變壓器為電網主要構成元件，在電網安全穩定運行中具有重要作用。在檢修后實現電力變壓器的預防性試驗，測試變壓器繞組直流電阻為變壓器預防性試驗的主要項目。將直流電壓設置到變壓器繞組中，使變壓器鐵心中產生剩磁。在變壓器使用過程中，鐵心剩磁會導致變壓器鐵心半周飽和，在勵磁電流中會產生諧波，使變壓器無功功耗得到增加，還會導致繼電保護裝置誤動作，出現經濟損失。鐵心高度飽和會增加漏磁，使油箱和金屬結構件過熱，局部過熱會導致絕緣紙老化，分解變壓器油，變壓器壽命縮減。對于以上原因，在變壓器直流試驗或者投入運行前要進行變壓器消磁，對保證電力系統穩定和安全運行尤為重要。

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：

引發變壓器的繼電保護裝置誤動，使變壓器的投運頻頻失敗；變壓器出線短路故障切除時所產生的電壓突增，誘發變壓器保護誤動，使變壓器各側負荷全部停電；A 電站一臺變壓器空載接進電源產生的勵磁涌流，誘發鄰近其他B 電站、C電站等正在運行的變壓器產生“和應涌流(sympathetic inrush)”而誤跳閘，造成大面積停電；勵磁涌流會導致變壓器及斷路器因電動力過大受損； 誘發操縱過電壓，損壞電氣設備；勵磁涌流中的直流分量導致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低丈量精度和繼電保護裝置的正確動作率；勵磁涌流中的大量諧波對電網電能質量造成嚴重的污染；造成電網電壓驟升或驟降，影響其他電氣設備正常工作。

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后剩磁危害的專用設備，對保護電力變壓器互感器免受勵磁涌流沖擊，和安全投運有極其重要的作用。由于鐵磁材料固有的磁滯現象，在對電力變壓器進行電壓比、直流電阻測量等操作后會在鐵芯中殘留剩磁[1]。由于剩磁的存在[2]，當變壓器投入運行時鐵芯剩磁使變壓器鐵芯半周飽和，在勵磁電流中產生大量諧波，這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能引起繼電保護器誤動作，造成一定的經濟損失。所以我們在變壓器投運前必須做消磁工作，確保變壓器安全正常運行[3]。

DEG-10A 電力變壓器消磁儀在原系列產品的基礎上增加了自動消磁模式，用戶不必重復操作。增大了液晶模塊尺寸，新增消磁時間測試功能，使顯示信息更豐富。從消磁時間上該產品由原來的30分鐘提高到小于2分鐘。主要技術指標包括：

消磁電流：1～10A 可任意設制；

消磁模式：標準退磁、快速退磁；

消磁時間：快速模式：2分鐘/次左右（不分電壓等級和容量）；

標準模式：5分鐘/次左右（不分電壓等級和容量）；

消磁效果：標準—大于90%/單次，快速—大于80%/單次；

消磁進度：0～100% 自動記錄消磁數據；

工作電源：AC 220V±10%，機器尺寸：37× 26×28厘米；

環境溫度：-25℃～50℃；

重量：10kg(不含測試線)。

2 變壓器消磁儀裝置的設計

2.1 變壓器消磁儀的結構原理

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、剩磁檢測和電源轉換等系統構成，圖1為總體電路結構原理：

圖1 總體電路結構原理

電源轉換系統只有電源轉換單元，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]。

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

在測試人員對測量工作狀態選擇后，控制采集單元利用專家分析單元，測試人員通過顯示單元對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入到剩磁測量工作。在裝置進入到測量工作時，控制采集單元對交流信號源單元控制輸出三相角差設置交流測量信號為120°，對信號源提供消磁變壓器剩磁測量工作，交流信號源單元輸出交流測量信號利用測量輸出實現過流過壓處理，在消磁變壓器低壓端施加。此時交流電流、電壓檢測單元檢測交流測量信號，使檢測交流電壓與電流信號傳輸到控制采集單元中，通過處理對專家分析單元進行發送，并且對空載電流大小與諧波含量進行分析，對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，通過試驗報告輸出單元將測量報告輸出。

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，作為中心立柱式結構，從而保證線盤能夠平放，方便纏繞導線；

（2）導線將線盤抽出，順著圓周方向穿繞在旁柱中，導線落到旁柱地平中；

（3）因為導線比較硬，在穿繞的時候以旁柱直徑提前使導線盤成圓弧的形狀，方便繞制，在纏繞的時候不需要收緊，在完成穿繞之后逐漸的收緊；

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

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

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

（7）綁扎出頭左右，盡量能夠緊挨出頭，其他位置根據圓周均勻的綁扎。

2.3 消磁效果分析

在設計之后，要對消磁效果進行檢驗，重點是變壓器鐵芯剩磁大小檢測。傳統鐵芯剩磁檢測能夠利用勵磁電流耦合諧波的測量對是否有剩余磁通進行測量。因為變壓器沒有剩磁時會出現勵磁涌流，這個時候勵磁涌流諧波通過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候存在大數值勵磁涌流，這個時候勵磁電流和無剩磁時候勵磁電流主要區別為明顯偶次諧波勵磁電流[8]。勵磁電流偶次諧波具備剩磁標準，但是此檢測方法試驗電路復雜，并且需要具備FFT 分解功能示波器，針對實驗室中的中小型變壓器檢測偶次諧波不明顯，無法分析結果，偶次諧波含量和合閘初相角相關，會影響到試驗結果。

所以，本文使用直接測量剩余磁通方法對消磁效果校驗。首先，將5kVA 單相變壓器作為研究對象。此變壓器鐵芯通過兩個C 型鐵心構成。為了對生詞直接檢測，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為實驗數據，φA為試驗前鐵芯中磁通，φB 為變壓器施加直流電壓的時候鐵芯中磁通；φC為變壓器斷開直流電壓瞬間鐵芯中磁通；φD 為變壓器斷開直流電壓10分鐘后鐵芯磁通；φE 為變壓器斷開直流電壓后在高壓側消磁后鐵芯磁通；φF為變壓器斷開直流電壓后低壓側消磁后鐵心磁通。只要能夠對P 與Q 的磁通能夠近似為貼心內部磁通，選擇CH-1600全數字化特斯拉計對磁通檢測。此特斯拉計具備高精度霍爾探頭，在試驗過程中需在磁通檢測位置放置霍爾探頭。

表1 實驗數據

利用表1中的數據看出此系統消除變壓器剩余磁通，使大部分用戶需求得到滿足。

3 結語

鐵磁材料磁滯現象會導致出現剩磁，磁通密度滯后于磁感應強度特性，從而導致分閘的時候出現剩磁。假如勵磁涌流和剩磁方向相同，那么勵磁涌流就會增加，出現保護動作，對設備造成危害。所以，就要對大容量變壓器進行消磁處理。本文所研究直流衰減變頻裝置能夠解決直流法消磁時候的電流方向、大小不受控制的情況，具備消磁徹底、消磁時間短的優勢，達到交流法效果，還能夠對剩磁進行量化。