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大型電力變壓器在檢測(cè)試驗(yàn)和在線運(yùn)行分閘之后，由于鐵磁性材料的磁滯特性，鐵心中會(huì)殘留一定的剩余磁通。變壓器空載合閘時(shí)，剩磁的存在會(huì)加速鐵心半周飽和，在一定電源電壓作用下，可產(chǎn)生幅值相當(dāng)于6~8倍額定電流的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流容易導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作、電網(wǎng)電壓下降、變壓器繞組應(yīng)力增大與損壞敏感電力電子器件等不良影響，危及公共電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

選相合閘技術(shù)通過(guò)控制斷路器的合閘時(shí)間（即合閘時(shí)系統(tǒng)電壓的初相角），在鐵心中的預(yù)感應(yīng)磁通與剩磁相等時(shí)投入變壓器，可避免鐵心飽和，從而有效地抑制勵(lì)磁涌流。該技術(shù)比基于合閘電阻與并聯(lián)電容器的限制涌流措施更可靠、更經(jīng)濟(jì)。但這要求空載合閘前準(zhǔn)確地預(yù)估鐵心內(nèi)剩磁的大小及方向，因此剩磁的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)大型電力變壓器保護(hù)具有重要參考意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出了一些剩磁的測(cè)量方法，但是相關(guān)學(xué)者的研究存在測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性低、實(shí)際應(yīng)用誤差大等問(wèn)題。

針對(duì)現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題，省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、河北省電磁場(chǎng)與電器可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員從電力變壓器鐵心剩磁產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，依據(jù)鐵心材料電磁暫態(tài)特性建立可測(cè)量參數(shù)與剩磁之間的關(guān)系，提出了一種基于暫態(tài)電流差極值特征的剩磁測(cè)量方法。

他們首先依據(jù)變壓器等效電路模型，推導(dǎo)得到暫態(tài)電流差極值與剩磁之間的關(guān)系；然后以不同剩磁下鐵心材料的磁特性曲線為基礎(chǔ)，利用有限元軟件對(duì)待測(cè)變壓器鐵心進(jìn)行建模和計(jì)算，通過(guò)仿真分析確定相關(guān)測(cè)試激勵(lì)的參數(shù)，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果擬合得到剩磁與暫態(tài)電流差極值參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式；最后搭建方形鐵心的實(shí)驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)，驗(yàn)證提出測(cè)量方法的可行性。

圖1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)

研究人員的測(cè)量結(jié)果表明通過(guò)暫態(tài)電流差極值能夠定量檢測(cè)鐵心內(nèi)剩余磁通密度，且測(cè)量精度較高。該剩磁測(cè)量方法具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1）選取直流電壓小信號(hào)作為測(cè)試激勵(lì)，便于在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中獲得；2）測(cè)量過(guò)程前后，測(cè)試激勵(lì)對(duì)鐵心內(nèi)剩磁影響較小同時(shí)不對(duì)變壓器做任何要求；3）避免了鐵心磁黏性現(xiàn)象導(dǎo)致的誤差干擾，有利于提高剩磁測(cè)量精度；4）測(cè)量波形局限在較低的頻帶，對(duì)測(cè)量設(shè)備要求不高，便于應(yīng)用推廣。

他們表示，在后續(xù)工作中，將對(duì)不同類型的變壓器鐵心結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，并依據(jù)本課題的研究結(jié)論提高選相合閘技術(shù)準(zhǔn)確度和退磁方式的改進(jìn)，削弱勵(lì)磁涌流的影響。

本文編自2022年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于暫態(tài)電流差極值的電力變壓器剩磁測(cè)量方法”。論文第一作者為任于展，1997年生，碩士研究生，研究方向?yàn)楣こ屉姶艌?chǎng)與磁技術(shù)。通訊作者為汪友華，1964年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣こ屉姶艌?chǎng)與磁技術(shù)、磁材料特性的建模與測(cè)量、電磁冶金與全局優(yōu)化設(shè)計(jì)。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支持。