[發明專利]硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201310079906.2
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103176148A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 盧樹峰;蔡霽霖;楊世海;周贛;徐敏銳;許鈞;曹敏健;陳銘明;張柯琪;秦冉;陳剛;吳軍;王杰;王濤;金穎
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力公司電力科學研究院;東南大學;江蘇省電力公司;國家電網公司
• 主分類號: G01R33/14
• 分類號: G01R33/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種在220V交流低壓電源下測量電流互感器中硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測試裝置，屬于電力系統測試技術領域。

背景技術

保護電流互感器是用于測量電力系統非正常運行和故障情況下一次電流的高壓設備，其輸出結果準確與否，直接關系著繼電保護裝置和監控裝置等二次設備的正常運行。目前，國內多采用P類電流互感器，該類電流互感器屬于鐵磁式電流互感器，采用硅鋼制成的閉合硅鋼鐵芯形成磁路，通過鐵芯內磁場的耦合，將一次大電流變換為與之成正比的二次小電流。眾所周知，鐵磁材料存在磁滯現象，當選擇不同的磁場強度（即勵磁電流）進行反復磁化時，可得到一系列大小不同的磁滯回線。當增大磁場強度時，磁滯回線包圍的面積隨之增大。當磁場強度足夠大時，該面積達到一定極限，這個包圍最大面積的磁滯回線就稱為極限磁滯回線。

隨著電力系統的發展，P類電流互感器鐵芯飽和影響二次設備正常運行的問題日益突出，硅鋼鐵芯飽和時，二次電流出現畸變，不能準確反映一次電流，大量研究及現場運行經驗表明，二次設備可能因得不到準確的電流信息而產生錯誤的保護動作，造成硅鋼鐵芯飽和的原因主要包括如下幾方面：當電力系統發生故障時，電流互感器的一次電流可能達到正常運行時電流的幾十倍甚至上百倍，且往往含有指數衰減形式的暫態直流分量，這將使硅鋼鐵芯被大幅度單方向勵磁，從而進入飽和狀態；還有電流互感器等設備的更新往往滯后于電力系統網架的發展，這就使得最初設計時能夠保證故障情況下硅鋼鐵芯不飽和的電流互感器，由于此后系統容量的增大或結構的改變，在故障情況下發生硅鋼鐵芯飽和，硅鋼鐵芯往往存在剩磁，若剩磁極性同故障電流所產生的磁場極性相同，則會使硅鋼鐵芯更加容易飽和。

為了評估各種工況尤其是飽和狀態下P類電流互感器的性能，可采用實驗和仿真兩種手段，其中，實驗手段需要配置暫態大電流源以及各類檢測裝置，技術難度和成本很高；仿真手段用的工具和方法主要包括ATP電磁暫態仿真軟件、MATLAB的PSB工具箱軟件、基于Preisach理論的電流互感器仿真方法，上述仿真方法都需要硅鋼鐵芯的極限磁滯回線數據作為仿真基本條件，涉及上述仿真工具的研究文獻見博士學位論文《保護用電流互感器鐵心飽和相關問題的研究》和期刊論文《基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析》。

出于技術原因，硅鋼材料生產廠家一般不直接提供極限磁滯回線數據；另外，廠家提供的勵磁曲線圖中磁場強度多采用對數坐標系，只能用于定性觀察硅鋼材料的勵磁特性，難以還原成精確的勵磁特性數據。所以，只能通過勵磁實驗來獲取硅鋼鐵芯材料的極限磁滯回線數據，一般采取的做法如下：通過在初級繞組施加勵磁電流將硅鋼鐵芯激勵到飽和狀態，記錄此時勵磁電流波形和次級繞組空載電壓波形，再通過一些數學處理即可得到極限磁滯回線數據，若采用上述方法直接對電流互感器進行飽和勵磁的話，將會遇到一些技術問題，下面以一個實際電流互感器為例進行說明，電流互感器參數如下：Z11型冷軋硅鋼片鐵芯，有效磁路長度86cm，有效截面積27cm2，變比為1：1200，通過計算得出，如果在二次側（1200匝繞組側）將鐵芯勵磁到飽和，所需勵磁電流大小約為0.5A，感應電壓大小約為1200伏，考慮一些裕量，勵磁伏安數將接近1kVA，而且在勵磁側將出現1kV以上的高壓。

綜上所述，由于出現了1kV多伏的高壓，容易引起絕緣和安全問題，對實驗室和實驗人員提出了更高的要求，另外，如果降低勵磁繞組的匝數，可以降低硅鋼鐵芯飽和時勵磁繞組的感應電勢，但無法降低勵磁安匝數，即需要提高勵磁電流來提供硅鋼鐵芯飽和所需的勵磁安匝數，而勵磁電流過大將會引起繞組發熱過大等問題，影響勵磁實驗的測試結果。

發明內容

本發明的目的克服現有技術中的不足，提供的一種在220V交流低壓電源下測量電流互感器中硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測試裝置及測試方法，具有架構簡單、成本低廉優點，適用于各種需要獲取硅鋼鐵芯的極限磁滯回線的特性曲線的實驗機構和企業，具有良好的應用前景。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測試裝置，其特征在于：包括自耦變壓器、定制鐵芯、初級線圈、次級線圈、錄波儀、電流探頭、電壓探頭和限流電阻，所述初級線圈和次級線圈纏繞在定制鐵芯的兩側，所述自耦變壓器的高壓端外接交流電源，所述初級線圈與限流電阻串聯后與自耦變壓器的低壓端相連接，所述電流探頭的鉗式輸入端鉗在初級線圈的電流回路上，所述電壓探頭的輸入端與次級線圈相連接，所述電流探頭和電壓探頭的輸出端分別與錄波儀的錄波通道相連接。