專利名稱：硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在220V交流低壓電源下測(cè)量電流互感器中硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，屬于電力系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
保護(hù)電流互感器是用于測(cè)量電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行和故障情況下一次電流的高壓設(shè)備，其輸出結(jié)果準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系著繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控裝置等二次設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，國(guó)內(nèi)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(nèi)磁場(chǎng)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(xiàn)象，當(dāng)選擇不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度(即勵(lì)磁電流)進(jìn)行反復(fù)磁化時(shí)，可得到一系列大小不同的磁滯回線。當(dāng)增大磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，磁滯回線包圍的面積隨之增大。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，該面積達(dá)到一定極限，這個(gè)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(tǒng)的發(fā)展，P類電流互感器鐵芯飽和影響二次設(shè)備正常運(yùn)行的問題日益突出，硅鋼鐵芯飽和時(shí)，二次電流出現(xiàn)畸變，不能準(zhǔn)確反映一次電流，大量研究及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，二次設(shè)備可能因得不到準(zhǔn)確的電流信息而產(chǎn)生錯(cuò)誤的保護(hù)動(dòng)作，造成硅鋼鐵芯飽和的原因主要包括如下幾方面:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流互感器的一次電流可能達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)電流的幾十倍甚至上百倍，且往往含有指數(shù)衰減形式的暫態(tài)直流分量，這將使硅鋼鐵芯被大幅度單方向勵(lì)磁，從而進(jìn)入飽和狀態(tài)；還有電流互感器等設(shè)備的更新往往滯后于電力系統(tǒng)網(wǎng)架的發(fā)展，這就使得最初設(shè)計(jì)時(shí)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(tǒng)容量的增大或結(jié)構(gòu)的改變，在故障情況下發(fā)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(chǎn)生的磁場(chǎng)極性相同，則會(huì)使硅鋼鐵芯更加容易飽和。為了評(píng)估各種 工況尤其是飽和狀態(tài)下P類電流互感器的性能，可采用實(shí)驗(yàn)和仿真兩種手段，其中，實(shí)驗(yàn)手段需要配置暫態(tài)大電流源以及各類檢測(cè)裝置，技術(shù)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(tài)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(shù)據(jù)作為仿真基本條件，涉及上述仿真工具的研究文獻(xiàn)見博士學(xué)位論文《保護(hù)用電流互感器鐵心飽和相關(guān)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(shù)原因，硅鋼材料生產(chǎn)廠家一般不直接提供極限磁滯回線數(shù)據(jù)；另外，廠家提供的勵(lì)磁曲線圖中磁場(chǎng)強(qiáng)度多采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，只能用于定性觀察硅鋼材料的勵(lì)磁特性，難以還原成精確的勵(lì)磁特性數(shù)據(jù)。所以，只能通過勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)來獲取硅鋼鐵芯材料的極限磁滯回線數(shù)據(jù)，一般采取的做法如下:通過在初級(jí)繞組施加勵(lì)磁電流將硅鋼鐵芯激勵(lì)到飽和狀態(tài)，記錄此時(shí)勵(lì)磁電流波形和次級(jí)繞組空載電壓波形，再通過一些數(shù)學(xué)處理即可得到極限磁滯回線數(shù)據(jù)，若采用上述方法直接對(duì)電流互感器進(jìn)行飽和勵(lì)磁的話，將會(huì)遇到一些技術(shù)問題，下面以一個(gè)實(shí)際電流互感器為例進(jìn)行說明，電流互感器參數(shù)如下:Z11型冷軋硅鋼片鐵芯，有效磁路長(zhǎng)度86cm，有效截面積27cm2，變比為1: 1200，通過計(jì)算得出，如果在二次側(cè)(1200匝繞組側(cè))將鐵芯勵(lì)磁到飽和，所需勵(lì)磁電流大小約為0.5A，感應(yīng)電壓大小約為1200伏，考慮一些裕量，勵(lì)磁伏安數(shù)將接近lkVA，而且在勵(lì)磁側(cè)將出現(xiàn)IkV以上的高壓。綜上所述，由于出現(xiàn)了 IkV多伏的高壓，容易引起絕緣和安全問題，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)人員提出了更高的要求，另外，如果降低勵(lì)磁繞組的匝數(shù)，可以降低硅鋼鐵芯飽和時(shí)勵(lì)磁繞組的感應(yīng)電勢(shì)，但無法降低勵(lì)磁安匝數(shù)，即需要提高勵(lì)磁電流來提供硅鋼鐵芯飽和所需的勵(lì)磁安匝數(shù)，而勵(lì)磁電流過大將會(huì)引起繞組發(fā)熱過大等問題，影響勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供的一種在220V交流低壓電源下測(cè)量電流互感器中硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉優(yōu)點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)和企業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:包括自耦變壓器、定制鐵芯、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、錄波儀、電流探頭、電壓探頭和限流電阻，所述初級(jí)線圈和次級(jí)線圈纏繞在定制鐵芯的兩側(cè)，所述自耦變壓器的高壓端外接交流電源，所述初級(jí)線圈與限流電阻串聯(lián)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(jí)線圈的電流回路上，所述電壓探頭的輸入端與次級(jí)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。前述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述所述自耦變壓器的高壓端外接交流電源，交流電源為220V。前述的硅鋼鐵芯 極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述定制鐵芯的有效截面積S為5cm2。前述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:定制鐵芯飽和時(shí)，初級(jí)線圈上的感應(yīng)電壓Elsat,如公式(I)所示，Elsat = N1 * Bsat * S/45 (I)其中，Elsat滿足5V ( Elsat ( 50V, Bsat為定制鐵芯的飽和磁通密；S為制鐵芯的有效截面積。前述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:定制鐵芯飽和時(shí)，初級(jí)線圈上的勵(lì)磁電流Ilsat,如公式(2)所示，Ilsat = Hsat.LM (2)其中，Ilsat滿足Ilsat ( 50A，Hsat為定制鐵芯的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，L為定制鐵芯的磁路平均長(zhǎng)度。前述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述限流電阻用于限制初級(jí)線圈上的勵(lì)磁電流Ilsat大小，阻值為0.5 Ω。前述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述電流探頭的量程的有效值為150A。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供的測(cè)量電流互感器中硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，能夠在220V交流低壓電源下測(cè)試電流互感器中硅鋼鐵芯的極限磁滯回線，將硅鋼鐵芯飽和時(shí)勵(lì)磁線圈上的感應(yīng)電壓抑制在50V以下，將勵(lì)磁電流抑制在50A以下，避免了感應(yīng)電壓過高引起的絕緣安全問題和勵(lì)磁電流過大引起的發(fā)熱問題，架構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等明顯優(yōu)點(diǎn)，適用于各種需要獲取鐵芯材料極限磁滯回線特性曲線的實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)和企業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。

圖1是本實(shí)用新型的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，一種硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，包括自耦變壓器1、定制鐵芯2、初級(jí)線圈3、次級(jí)線圈4、錄波儀5、電流探頭6、電壓探頭7和限流電阻8，所述初級(jí)線圈3和次級(jí)線圈4纏繞在定制鐵芯2的兩側(cè)，自耦變壓器I的高壓端外接交流電源，交流電源為220V，初級(jí)線圈3與限流電阻8串聯(lián)后與自耦變壓器I的低壓端相連接，電流探頭6的鉗式輸入端鉗在初級(jí)線圈3的電流回路上，電壓探頭7的輸入端與次級(jí)線圈4相連接，電流探頭6和電壓探頭7的輸出端分別與錄波儀5的錄波通道相連接。上述定制鐵芯2飽和時(shí)，初級(jí)線圈3上的感應(yīng)電壓Elsat，如公式(I)所示，Elsat = N1 * Bsat * S/45 (I)其中，Elsat滿足5V ( Elsat ( 50V, Bsat為定制鐵芯2的飽和磁通密；S為制鐵芯的有效截面積，這里有效截面積S為5cm2 ；定制鐵芯飽和時(shí)，初 級(jí)線圈上的勵(lì)磁電流Ilsat,如公式(2)所示，Ilsat = Hsat.LM (2)其中，Ilsat滿足Ilsat ( 50A，Hsat為定制鐵芯的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，L為定制鐵芯的磁路平均長(zhǎng)度。所述錄波儀5，采用橫河公司(Y0K0GAWA)的DL850型錄波儀，其第一錄波通道Chl用來錄取初級(jí)線圈3回路的勵(lì)磁電流信號(hào)，第二錄波通道Ch2用來錄取次級(jí)線圈4的開路電壓信號(hào)；所述電流探頭6，用于錄取初級(jí)線圈3回路的勵(lì)磁電流波形，采用橫河公司的Current probe701930型電流探頭,該型號(hào)電流探頭的量程是150A (有效值)；所述電壓探頭7:用于錄取次級(jí)線圈4中的開路電壓信號(hào)，采用橫河公司的Isolated probe701929 型電壓探頭。所述限流電阻8用于限制初級(jí)線圈3上的勵(lì)磁電流Ilsat大小，阻值為0.5 Ω。基于本實(shí)用新型的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟，步驟(I)將自耦變壓器I的低壓端電壓調(diào)至0V，接通220V交流電源；步驟(2)設(shè)置錄波儀5的采樣周期▽ T，以第一錄波通道Chl錄取的勵(lì)磁電流Ilsat為X軸、第二錄波通道Ch2錄取的感應(yīng)電壓的Elsat積分為Y軸；步驟(3)逐漸增大自耦變壓器I的低壓端電壓，觀察錄波儀5上的X-Y軸的波形，當(dāng)波形的上升支和下降支上的部分曲線完全重合時(shí)，則制定鐵芯2飽和，停止增大自耦變壓器I的低壓端電壓；步驟(4)實(shí)時(shí)將第一錄波通道Chl錄取的勵(lì)磁電流Ilsat和第二錄波通道Ch2錄取的感應(yīng)電壓Elsat導(dǎo)入到PC機(jī)，設(shè)勵(lì)磁電流Ilsat采樣數(shù)值為i [k]，感應(yīng)電壓數(shù)值為u [k]，k為米樣序列號(hào)；步驟(5)根據(jù)公式(3)，計(jì)算制定鐵芯2的磁通密度B [k]，
權(quán)利要求1.一種硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:包括自耦變壓器、定制鐵芯、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、錄波儀、電流探頭、電壓探頭和限流電阻，所述初級(jí)線圈和次級(jí)線圈纏繞在定制鐵芯的兩側(cè)，所述自耦變壓器的高壓端外接交流電源，所述初級(jí)線圈與限流電阻串聯(lián)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(jí)線圈的電流回路上，所述電壓探頭的輸入端與次級(jí)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述自耦變壓器的高壓端外接交流電源，交流電源為220V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述定制鐵芯的有效截面積S為5cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:定制鐵芯飽和時(shí),初級(jí)線圈上的感應(yīng)電壓Elsat,如公式(I)所示，Elsat = N1 * Bsat * S/45 (I) 其中，Elsat滿足5V ( Elsat ( 50V, Bsat為定制鐵芯的飽和磁通密；S為制鐵芯的有效截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:定制鐵芯飽和時(shí)，初級(jí)線圈上的勵(lì)磁電流Ilsat,如公式(2)所示，Iisat = Hsat.LM (2) 其中，Ilsat滿足Ilsat ( 50A，Hsat為定制鐵芯的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，L為定制鐵芯的磁路平均長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所·述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述限流電阻用于限制初級(jí)線圈上的勵(lì)磁電流Ilsat大小，阻值為0.5 Ω。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，其特征在于:所述電流探頭的量程的有效值為150A。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種硅鋼鐵芯極限磁滯回線的測(cè)試裝置，包括自耦變壓器、定制鐵芯、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、錄波儀、電流探頭、電壓探頭和限流電阻，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈纏繞在定制鐵芯的兩側(cè)，自耦變壓器的高壓端外接交流電源，初級(jí)線圈與限流電阻串聯(lián)后與自耦變壓器的低壓端相連接，電流探頭的鉗式輸入端鉗在初級(jí)線圈的電流回路上，電壓探頭的輸入端與次級(jí)線圈相連接，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。本實(shí)用新型具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉優(yōu)點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)和企業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01R33/14GK203117408SQ20132011328
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者盧樹峰, 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(qǐng)人:江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 東南大學(xué), 江蘇省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司