,
剩磁对变庄器试验中的一些影响
朱世英 �保定变压器厂�
剩磁现象的客观存在直接影响着某些试验项目 , 如电压比试验 、 大型变压器直流电阻测量 、 空载试验
等。 本文还叙述了在进行上述试验时克服剩磁影响的措施和
。
叙词 � 变压器 剩磁 测且误差
一、 问
的提出
在大型变压器的某些试验 中 , 例 如 电 压
比、 直流电阻测量及空载试验 , 有时会出现一
些异常现象 , 如果不仔细
产生 异 常 的 原
因 , 可能会做出错误的判断 。 因此 , 无论是出
厂试验或是用户对产品进行验收性的试验 , 都
要特别注意所试产品铁心内存有剩磁的影响 。
剩磁对试验数据会产生不 同程度的影响 , 这是
个有待于考虑的间题 。
二 、 剩磁的产生
一台产品 , 从铁心半成品到成品的试验 ,
无非是对产沉�进行绝缘试验和电气 性 能 的 测
量 。 在诸多项 目的电气性能测量中 , 不是对试
品施加直流电压就是施加交流电压 。 如果在铁
心绕组中改变交变电流幅值的大小 , 那么交变
磁化力� 的幅值� � 也 随 着 改 变 , 对 应 不 同
的 � � 值 , 可相应的得到一系列磁滞 回 线 。 我
们所使用的高磁导率的电工钢片都 是 软磁 材
料 , 它的特点就是容易磁化 , 磁滞损耗小 。 但
是 , 撤去外磁场后 , 磁性大部分消失 , 反映在
直流磁滞回线上是较低的剩磁磁通密度�� 和较
小的矫顽磁力� 。 , 磁滞回线窄而陡 , 回线包围
的面积较小 , 如图 � 所示。
从磁豁回线看出上升磁化曲线与下降磁化
曲线不重合 , 下降时 , 磁感应强度�的变 化 总
是滞后于磁场强度� 的变化 。 当 � 下 降 到 零
时 , �下降到� � , 这种现象称为磁滞 , � � 称 为
剩余磁感应强度 。 铁磁
的磁化过程是不可
逆的。 磁滞现象的产生是由于铁磁材料中的磁
畴在外磁场作用下 , 发生扩大和倒转时 , 彼此
之间产生 “摩擦” , 由于这种摩擦的存在 , 当
外磁场停止作用后 , 磁畴与外磁场方向一致的
排列被保留下来 � 不能恢复原状 , 因此形成了
磁滞现象 。 由于有磁滞现象 , 则有剩磁产生的
可能。 铁磁材料在交变磁场中磁化时 , 由于有
涡流存在 , 使磁特性曲线的形状发生畸变。 理
论上这时曲线的形状介于磁滞回线与 椭 圆 之
间 , 如图 � 所示 。
如果只存在涡流 , 曲线形状为一椭圆 , 如
果只有磁滞 , 曲线形状则为一对称磁滞回线 。
实际上 , 在交流磁化下 , 磁滞和涡流都是存在
的 , 因此在这种情况下的曲线介于以上两者之
间。
三相变压器的空载合闸试验操作时 , 不可
能同时建立最佳合闸状态 , 如果单 独 一 相 合
闸 , 也要影响到其它两相铁心柱的磁通分布 。
当变压器合闸到线路上时 , 王相心式变压器铁
心只有一相心柱 �合闸时电压通过零值的那相
图 � �习 �
一 � � 一
呈现 出严重饱和现象 , 大的合闸电流只
出现在一相内。 理论上 , 三相电流找不到一个
同时过零的瞬间。 变压器空载合闸瞬时所出现
的起始电流值实际上取决于合闸瞬时的电压波
形的相位 , 但有时也取决于变压器上次分闸后
铁心中剩磁大小和极性 。 因此 , 要消除三相合
闸的冲击电流是不可能的。 当切断三相变压器
的空载状态时 , 同样找不到三相电流同时过零
的瞬间 , 这样 , 在铁心中将流下了剩磁 。
剩磁的测量比较麻烦 , 但变压器在额定电
压运行时 , 剩磁的大小与方向取决于前一次运
行中关断时最后半波的方向。 �� 与铁磁材料运
行的最大磁通小� 以及该变压器铁心装配时 的
工艺精度等因素有关 。 一般电力变压器在设计
时最大磁通基本上接近饱和点 , 即使电网电压
有波动 , 但也接近全电压运行 , 因此可 以认为
� �仅与铁磁材料有关 。
在不同的电压下关断施加于绕组上的电压
时有发生 , 如在空载试验时 , 控制发电机输出
电压的励磁变阻器调到最低位置 , 由于发电机
也存有剩磁 , 经过中间试验变压器与试品相接 ,
切断电压时也不可 能 为 零 。 这样 就 会 形 成
带电切断电源 , 剩磁的 产 生 也 就 不 可 避 免
了。
电阻侧量时使用的是直流电流 。 为了加快
大型变压器低电阻值测量的速度 , 采用串加电
阻 �在测量 电路中� 或加大直流电流的方法抵
消电感的影响。 切除电流拉闸时常在电流不为
零值的情况下 , 剩磁也就产生了。
三 、 剩磁对 电压 比测量的影响
电压 比试验是各种类型变压器 的 首 项 试
验 , 国标� � �� �� � �一�� 中规定 , 主分接 上 的
空载电压 比的允许偏差取下列二值 中 的较 小
者 � � 士� � �� , � 额定电流下实际阻抗 电 压
的土 �� � 。 其它分接上的空载电压 比的允许偏
差由制造厂与使用部门商定 。
在进行电压 比的测量时大都使用夕�一� � 、
�� �一 �、 � �� 、 �� � �等类型的电压比 电桥 ,
他们的工作电压都比较低 , 施加于一次绕组的
电流也比较小 , 在铁心 中产生的工作 磁 通 很
低 , 有时可能抵消不了剩磁的影响 , 造成测得
电压 比偏差超过允许范围。 遇到这种情况 , 采
用双电压表法 。 在测量仪表保证精 度 的前 提
下 , 由于施加于绕组上的电压较高 , 能够克服
铁心中的剩磁影响 , 可以达到预期 的测 量 结
果。
四 、 剩磁对大型变压器直流电阻测贵的影
响及采取的措施
变压器的绕组有铁心时 , 磁通和电流不成
正比 。 因而 电感 �不是常数 , 而是电流 � �或磁
链梦� � 的
。 有铁心的绕组是一个非线性电
感 , ‘它除与绕组尺寸有关外 , 与在其中产生磁
通的材料的磁导率林成正比 , 与绕组匝数� 的
平方成正比 。
� 二 卜� “� � �
式中 协一绕组铁心所用材料的磁导率 , � �� � �
�一铁心截面积 , � � , �
�一铁心 中线长度 , � � 多
� 一绕组匝数 ,
� 一绕组电感 , � 。
变压器直流电阻测量的电路中 , 绕组本身
的电阻值很小 , 电感值是上面的一个数值 。 电
路从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所经
过的电磁过程称之为电路中的过渡过程 。 电路
中过渡过程的产生主要是由于接通、 断开时电
动势的骤然改变或参数的骤然改变等 , 这些改
变称为换路 。 电路和其周围的电磁场是不可分
割的 , 电路中电压电源的建立或其 量 值 的 改
变 , 必然伴随着其周围电磁场的建立或场强量
值的改变 , ·因而有电磁场能量的改变及其它形
式能量的转换。 有电感 的电路中电磁能表现为
磁场能量 �
� � �� 含� �� 名
丫 � � 梦� � ��
�’� � � � 梦犷� ��
严格地说 , 这种过程只能是连续变动的 , 故电
感中的磁链和电流一般不可能跃变 , 也就是说
不能从一个值骤然地变到另一个值 。
用乒降法测量带有较大电感的变 压 器 直
流电阻 , 通常的接 线 如 图 �所 示 。 � 、 � 是
一 �� 一
二个正常数 �� 、 七表示变压器一个绕组 的电
阻和电感� 。
电源供给电动势� � � �� , 电路中电 流
�二 � �� , �为时间变量 。 电流�的一阶线性 方
程为 �
终与全成正比 �� � 二 �哀� , 它自。增大 到 � 。 如
图 � 所示 , 即 �
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� � 二 � 〔卜 � � � �一普� �〕 �� �
� 一 � � � � �一鲁�� �� �� � �
若今李 � 。� ’ � 则式 � � � 为线性齐次方程 �
� � � � , � 。
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式 � � � 的通解�
� � 。 军 � � , 厂 � , , 、 。 、 �� � 勺 �� � � 火一 弓一布一 � � � , 勺 �二芍�� 幻
式中� �为任意常数 。
用所谓 《常数变易法》求式 � � � 的非齐
次方程的 一个特解 , 得
� �,。 一令� ·� � ‘一令‘,
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十 一二二‘� � � �
当�。 二 �时 ,
� 。 , � � , � � 、 、� 一节尸� � � 一 � � � 气一 一节 , � � � 戈� �入 七
,� 二 � � � , 为 � �电路的时间 常数 。 规 定
� 为电压电源 已经变化了总变化量 的� � � � � 时
所经过的时间。 � 愈小 , 电感绕组所能储 存 的
磁场能量愈小 , 过渡过程进 行 得 愈 快 , � 愈
大 , 在一定的电源电压下 , 电流的稳 定值 愈
小 , 所需建立的磁场能量也愈小 , 促使过渡过
程加快 。
在 � 联结的低压绕组中 , 测业线电阻的接
线图如图 � 所示 。 三角联结的电阻 测 量 电路
中 , 电流的过渡过程是一个比较复杂的稳定过
程 。 因为电流 �在�联结中被分成 �,和��两路 , 这
两路电感相差较大 , 由于电感的影响 , 电路中
电流稳定时间很长。 因此 , 在实践中人们总是
力图消除 电 感 的影响 , 出现了不少快速测量
电阻的线路和方法 。
利用铁磁材料的特性 , 按磁感应强度� 和
磁场强度� 的比值画出滋导率协随� 变化 的 曲
线 , 如图 � 所示 。 开始卜迅速地 随磁场 强 度�
当 �增大 , 。� � �一尽 � � 很快地 减小 , 经 过司 ’ 户 同 � 、”� � 、 � 一 产 ‘“ 夕 、� ’” ’ ‘ 一 一
一段时间电流就趋于稳定 , 即
� �� 里。�
则变压器绕组的直流电阻� � �� � �。
� � 。时 , �。二 。 , 电阻上没有电压 , 而电感
两端的电压 � � � � , 稳定后 , � � � 。, 则 � �自�
到。按指数规律连续减小 。 电阻两端电 压� � 始
� � � �
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图 �
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勺���� 二》一
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图 �
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增大而增大 , 达到极 大值 卜� �� 之后 开 始减
小 , 随着磁性的饱和林值大为下降 , 直到相 对
磁导率林, 接近于 � 。 这里林 � 林�拼。 , 林。 � � 二 汉
� � 一 , � � � 。 磁性饱和的程度越大 , 相对磁导率
人下降得越厉害 , 林的降低继而电感� 的 影 响
越小 。
在测量大型变压器的低压� 结的线电阻时 ,
为了消除电感的影响而采用加大直流电流和与
高压绕组串接起来的办法 , 就是利用高压侧通
以一定电流容易饱和 , 如图 � 所示。 在这里 ,
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图 6
设高压的相电阻 及 d结内低压的相电阻是十分
平衡旦的。 将各绕组中的电流变化情 况 列 于表
图 7
a一测R ac, b一测R ba; e一测R 。b
从表 1可看出各绕组中的电流变换量。 当
改变测量线路时 , 1 , 2 , 2 , 3或4一, 5 时电流变换
量的绝对值之和为 5 倍的电流 I , 而 1一叹 , 4 ,
、
3 电流变换量绝对值之和为3合倍的电流I。 这
样 , 采用下面的顺序进行测量电阻便可相应缩
短测试时间 , 也是相应减少剩磁的一种方法 。
见图 8 , 顺序为:
测R a。 , 开关K置于 (I、 I 产) 位置;
测R ba , 开关K 置于 江、 亚, ) 位 置 (电源
更换极性) ;
测R b。 , 开关K 再置于 (I、 I , ) 位 置 (电
源极性恢复到测R ac 时的极性) 。
五 、 剩磁对空载测盆的影响
一台大型变压器的空载试验是生产过程及
成品试验多次进行的电气性能试验项目 , 主要
目的是检测铁心的磁滞损耗、 涡流损耗的值以
及空载电流值是否符合设计要求。 从空载测量
数据中可看出铁心的磁路分配以及变压器绕组
的状况 , 也是对产品是否经受住了感应耐压绝
缘试验的考验。
一 24
在一般情况下 , 铁心中的剩磁对额定电压
下的空载损耗的测量不会带来较大的影响。 主
要是由于在额定电压下 , 空载电流所产生的磁
丫 通能够克服剩磁的作川 , 使铁心 !1一 ,的剩磁通随
外施空载电流的励磁方向而进入正常的运行状
况 。 但是 , 在三相五柱的大型产品进行零序阻
抗测员之后 , 由于零序磁通可由旁 扼 构 成 回
路 , 其零序阻抗都比较大 , 与正序阻抗近似。
在结束零序阻抗试验后 , 其铁心中会留有少量
磁通即剩磁 , 若此时进行空载测量 , 在加压的
开始阶段三相瓦特表及电流表会出 现 异 常 指
示 。 遇到这种情况 , 施加电压可多持续一段时
间 , 待电流及瓦特表指示恢复正常再读数 。 图8
变 压 器 线 圈 吊 装 工 具 的 改 进
张宝忠 (北京变压器厂 )
变压器在器身装配过程中 , 首先要拆卸上铁扼 ,
然后用吊钩吊起线圈套装在铁心柱上 。 我厂过去在中
小型变压器线圈套装时 , 一直采用老式吊钩 。
老式吊钩在使用过程中存在不少 缺 陷。 如 用 吊
钩需用铁横梁并用绳子绑紧 , 笨重又麻烦 , 如用尼龙
但多了二个活动环及环固定架 , 绳索与钢 环 为360。
对穿。
改进后线圈吊装工具操作容易 , 使用方便 , 提高
了器身装配的质量 。
绳 , 易使线匝绝缘损伤甚至产生线
圈脱落事故。
为此 , 改进了以上两种吊装工
具 , 如图l所示。图la 适用于50 众V A
及 以下的小型变压器线圈套装 , 吊
钩上焊二个钢环固定架 , 其上有 协8
圆钢弯成的活动环 , 吊 钩 上 端 焊
二内径为协25 的固定环 , 一根叻12
的尼龙绳 , 绳索二头与钢环对穿 ,
吊钩钩上线圈后抽紧绳 索 即 可 起
吊。 应该注意 , 吊钩高度不要超过
线圈高度 , 以防脱钩。
图丈b适用于S000kV A 的中型变
压器线圈套装 , 结构原理 同图1a ,
广声袂、
卜勺定丁}:
, 洁动环夕夕夕夕夕夕
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图‘1 改进后的变压器线圈吊装工具
a一适用于小型变压器 , b 一适用于中型变压器
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