DEG-10A变压器消磁仪的装置研制

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电力变压器为电网主要构成元件，在电网安全稳定运行中具有重要作用。在检修后实现电力变压器的预防性试验，测试变压器绕组直流电阻为变压器预防性试验的主要项目。将直流电压设置到变压器绕组中，使变压器铁心中产生剩磁。在变压器使用过程中，铁心剩磁会导致变压器铁心半周饱和，在励磁电流中会产生谐波，使变压器无功功耗得到增加，还会导致继电保护装置误动作，出现经济损失。铁心高度饱和会增加漏磁，使油箱和金属结构件过热，局部过热会导致绝缘纸老化，分解变压器油，变压器寿命缩减。对于以上原因，在变压器直流试验或者投入运行前要进行变压器消磁，对保证电力系统稳定和安全运行尤为重要。

1 剩磁的危害和变压器消磁仪概念

1.1 剩磁的危害

剩磁的危害主要包括：

引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；A 电站一台变压器空载接进电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他B 电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流(sympathetic inrush)”而误跳闸，造成大面积停电；励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损； 诱发操纵过电压，损坏电气设备；励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低丈量精度和继电保护装置的正确动作率；励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染；造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。

1.2 变压器消磁仪的原理

DEG-10A 电力变压器消磁仪是消除大型电力变压器、互感器直流电阻试验后剩磁危害的专用设备，对保护电力变压器互感器免受励磁涌流冲击，和安全投运有极其重要的作用。由于铁磁材料固有的磁滞现象，在对电力变压器进行电压比、直流电阻测量等操作后会在铁芯中残留剩磁[1]。由于剩磁的存在[2]，当变压器投入运行时铁芯剩磁使变压器铁芯半周饱和，在励磁电流中产生大量谐波，这不仅增加了变压器的无功消耗，而且可能引起继电保护器误动作，造成一定的经济损失。所以我们在变压器投运前必须做消磁工作，确保变压器安全正常运行[3]。

DEG-10A 电力变压器消磁仪在原系列产品的基础上增加了自动消磁模式，用户不必重复操作。增大了液晶模块尺寸，新增消磁时间测试功能，使显示信息更丰富。从消磁时间上该产品由原来的30分钟提高到小于2分钟。主要技术指标包括：

消磁电流：1～10A 可任意设制；

消磁模式：标准退磁、快速退磁；

消磁时间：快速模式：2分钟/次左右（不分电压等级和容量）；

标准模式：5分钟/次左右（不分电压等级和容量）；

消磁效果：标准—大于90%/单次，快速—大于80%/单次；

消磁进度：0～100% 自动记录消磁数据；

工作电源：AC 220V±10%，机器尺寸：37× 26×28厘米；

环境温度：-25℃～50℃；

重量：10kg(不含测试线)。

2 变压器消磁仪装置的设计

2.1 变压器消磁仪的结构原理

DEG-10A 变压器消磁仪装置主要包括操作控制、直流衰减变频电流、剩磁检测和电源转换等系统构成，图1为总体电路结构原理：

图1 总体电路结构原理

电源转换系统只有电源转换单元，输入端和AC 220V 连接，输出端和消磁装置其他各单元电源端连接，使AC 220V 转变成为各单元需要的工作电源，从而保证其他有源单元能够正常的工作。比如，±5V 直流电源攻击控制采集单元与专家电源等[4-5]。

剩磁检测系统主要包括测量输出单元、交流信号源单元、交流电压检测单元、专家分析单元、控制采集单元。交流信号源单元输入端接单元中AC 400V 输出端，交流信号源单元输出端和交流电压、电流检测单元和连续测量输出单元连接[6-7]。

在测试人员对测量工作状态选择后，控制采集单元利用专家分析单元，测试人员通过显示单元对变压器空载电流理论值输入，专家分析单元记录并且提示要进入到剩磁测量工作。在装置进入到测量工作时，控制采集单元对交流信号源单元控制输出三相角差设置交流测量信号为120°，对信号源提供消磁变压器剩磁测量工作，交流信号源单元输出交流测量信号利用测量输出实现过流过压处理，在消磁变压器低压端施加。此时交流电流、电压检测单元检测交流测量信号，使检测交流电压与电流信号传输到控制采集单元中，通过处理对专家分析单元进行发送，并且对空载电流大小与谐波含量进行分析，对比前面输入空载电流理论值，提示选择哪种档位的消磁电流，通过试验报告输出单元将测量报告输出。

2.2 旁柱消磁线圈的绕制工艺

（1）在器身装配架中固定放线架，作为中心立柱式结构，从而保证线盘能够平放，方便缠绕导线；

（2）导线将线盘抽出，顺着圆周方向穿绕在旁柱中，导线落到旁柱地平中；

（3）因为导线比较硬，在穿绕的时候以旁柱直径提前使导线盘成圆弧的形状，方便绕制，在缠绕的时候不需要收紧，在完成穿绕之后逐渐的收紧；

（4）在完成导线穿绕之后，从起头的一端收紧，以图纸的要求预留一定长度后在直角弯包扎，连接线盘的一端不需要剪断，在收紧之后以实际长度进行选择；

（5）收紧第一匝的时候，使起头一端利用卡具和拉带在装配架中固定，另外一端在另一侧装配架中固定，通过拉带收紧，在第一匝收紧之后通过聚酯带根据圆周方向进行绑扎；

（6）将第一匝尾部卡具拆除之后将第二匝收紧，之后逐渐进行。全部匝数收紧后，以出头长度将导线剪断，越过直角弯之后包扎绝缘；

（7）绑扎出头左右，尽量能够紧挨出头，其他位置根据圆周均匀的绑扎。

2.3 消磁效果分析

在设计之后，要对消磁效果进行检验，重点是变压器铁芯剩磁大小检测。传统铁芯剩磁检测能够利用励磁电流耦合谐波的测量对是否有剩余磁通进行测量。因为变压器没有剩磁时会出现励磁涌流，这个时候励磁涌流谐波通过三次谐波的奇次谐波，其他有其他的高次谐波。在变压器具有剩磁的时候存在大数值励磁涌流，这个时候励磁电流和无剩磁时候励磁电流主要区别为明显偶次谐波励磁电流[8]。励磁电流偶次谐波具备剩磁标准，但是此检测方法试验电路复杂，并且需要具备FFT 分解功能示波器，针对实验室中的中小型变压器检测偶次谐波不明显，无法分析结果，偶次谐波含量和合闸初相角相关，会影响到试验结果。

所以，本文使用直接测量剩余磁通方法对消磁效果校验。首先，将5kVA 单相变压器作为研究对象。此变压器铁芯通过两个C 型铁心构成。为了对生词直接检测，要拆卸变压器，图2为变压器的拆卸图。

图2 变压器的拆卸图

表1为实验数据，φA为试验前铁芯中磁通，φB 为变压器施加直流电压的时候铁芯中磁通；φC为变压器断开直流电压瞬间铁芯中磁通；φD 为变压器断开直流电压10分钟后铁芯磁通；φE 为变压器断开直流电压后在高压侧消磁后铁芯磁通；φF为变压器断开直流电压后低压侧消磁后铁心磁通。只要能够对P 与Q 的磁通能够近似为贴心内部磁通，选择CH-1600全数字化特斯拉计对磁通检测。此特斯拉计具备高精度霍尔探头，在试验过程中需在磁通检测位置放置霍尔探头。

表1 实验数据

利用表1中的数据看出此系统消除变压器剩余磁通，使大部分用户需求得到满足。

3 结语

铁磁材料磁滞现象会导致出现剩磁，磁通密度滞后于磁感应强度特性，从而导致分闸的时候出现剩磁。假如励磁涌流和剩磁方向相同，那么励磁涌流就会增加，出现保护动作，对设备造成危害。所以，就要对大容量变压器进行消磁处理。本文所研究直流衰减变频装置能够解决直流法消磁时候的电流方向、大小不受控制的情况，具备消磁彻底、消磁时间短的优势，达到交流法效果，还能够对剩磁进行量化。