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浅析变压器直流偏磁抑制措施
作者：王轩 张淑敏
来源：《中国科技博览》2017年第36期
[摘 要]变压器是电力系统中的重要组成部分，承担着电力变压和输送的重要任务，本文根据变压器的应用情况，简单分析了变压器直流偏磁的机理，并探讨了直流偏磁对变压器正常运行造成的影响，例如损耗增加、温升上升、噪声增大、振动加剧等，最后重点研究了相关的直流偏磁抑制措施，以期提高变压器运行的安全性、稳定性。 [关键词]变压器；直流偏磁；抑制措施
中图分类号：TH173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0339-01 引言
为促进“西电东送、全国联网”能源发展战略的实施，我国策划了一系列高压输电直流线路，这些线路具有传输容量大，损耗低，自动化程度高等特点。然而，输电线路直流输电调试时，操作模式由双极传输系统转换为单级传输的过程中，数千安培通过接地注入地面，导致在周围的变电站接地极电位产生变化，进而形成一定的电位差，直流电将从输电线路流经大地到变压器中性点，使变压器出现直流分量，从而产生变压器直流偏磁现象。直流偏磁使得变压器铁心磁通量急剧饱和，从而提高磁通量泄漏，危害变压器使用寿命，对变压器的正常运行产生很大的影响，因此，相关部门需要积极探索变压器直流偏磁抑制措施，为整个电力系统的稳定运行奠定良好基础。 1 变压器直流偏磁的机理
直流偏磁是指交流电流和直流电流同时通过变压器，使变压器的励磁电流中存在直流分量，是变压器的一种非正常工作状态。直流电流引起交流变压器发生直流偏磁问题，造成变压器铁心较大的磁饱和，造成漏磁通增加，导致铁心损耗增加，可能出现过热、破坏绝缘情况，降低变压器使用寿命甚至损坏变压器，对变压器的正常运行造成较大的影响；同时，直流电流使励磁电流畸变严重，产生大量谐波，影响电能质量，变压器的无功损耗增加，运行的振动增强，噪音明显增大。
2 直流偏磁对变压器正常运行造成的影响 2.1 损耗增加
在直流偏磁影响下，变压器铁芯中含有直流分量时，励磁电流大幅增加导致变皮器基本铜耗急剧增加。变压器铁耗包括基本铁耗和附加铁耗，变压器基本铁耗与频率和铁芯、磁通密度有关，直流偏磁对变压器基本铁耗影响不大，但是应重视附加铁耗，即使在无直流偏磁的情况
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下，大型变压器的附加铁耗和基本铁耗都相当甚至更大。发生直流偏磁时，铁芯工作在饱和区域，磁导率很小，导致漏磁大大增加，产生的漏磁损耗增加，漏磁损耗即为铁芯的附加铁耗，随磁通密度增加而增加，附加铁耗受到的影响较大，因此直流偏磁对铁耗的影响主要是附加铁耗。
2.2 产生谐波
发生直流偏磁时，变压器的工作点将由线性区转移至饱和区，其励磁电感将不再是常值，而是随着电流变化，其非线性的特点会使系统电压发生畸变。当磁路饱和后，励磁电流畸变成尖顶波，此时谐波含量增加明显，除了含有基波分量外，还含有大量的三次谐波，同时有偶次谐波的出现，励磁电流谐波含量增加，会导致变压器无功消耗增加，电压总畸变率增大，严重时会对电力系统运行造成电压下降、继电保护误动作、电力系统受破坏的危害，同时直流偏磁产生的大量谐波在变电站低压侧可能引起谐波过流，从而导致电容器鼓肚、爆炸等严重事故。 2.3 噪声和振动加剧
变压器噪声是由硅钢片的磁伸缩引起的，在正和负不对称周期性变化的磁场下，硅钢片调整它们的大小，从而引起振动和噪音。磁致伸缩使铁必随励磁电流的变化出现周期性的振动，且噪声随磁通密度的增大而增大，直流偏磁下变压器铁也处于半周磁饱和状态，导致磁通密度增大，励磁磁通、励磁电流偏向一侧，磁致伸缩加剧。发生直流偏磁时，铁芯工作进入深度饱和区，磁感应强度增大，导致铁也磁致伸缩加剧，同时励磁电流急剧增加，流过绕组的总电流增加明显，绕组的振动增加。以单相变压器为例，当流入变压器的直流电流为额定电流幅值时，噪声增大10dB。
3 变压器直流偏磁抑制措施 3.1 反向注入电流法
反向注入电流法是指在变压器中性点注入一个与流入电流方向相反，幅值略小于流入电流（一般为80%）的直流电流，可以部分抵消地网流过中性点接地变压器的直流电流，基本消除了直流偏磁对变压器的影响。反向注入电流法的原理见图1，反向注入电流法通过一台直流发生装置向变压器中性点注入方向可变的直流电流I，考虑到分流作用的影响，流入该地网的电流为I'，此时地网电位值U=I'R=KIR，其中K为分流系数，R为地网的接地电阻。R不变，可以通过改变I来改变地网的电位值。而电流I'可以由变压器中性点处装设的监测装置得到，根据I'来调整I的大小。 3.2 串联电容法
串联电容法是在变压器的中性点串接入一电容，隔离系统与大地之间的直流电流，为确保此串联电容系统的可靠性，还应配置并联的开关等各类装置。在实际应用中，为了保证可靠接地，中性点装设的电容器容抗很小。该方法需要设置旁路保护装置，设置旁路保护的原因是防
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止故障时很大的交流系统接地零序电流流过电容器，产生暂态过电压对电容器及变压器造成破坏。故障时采用放电间隙作旁路，也基本保证了系统接地阻抗的连续性，对系统中已经投运的继电保护和空载变压器的操作影响很小，不会引起工频或谐波谐振等过电压。 3.3 串联电阻法
使用串联的电阻降低中性点的直流电流其原理是在变压器中性点和地网中串联一个小电阻，由于输电线路的电阻较小，故电阻能明显减小流入中性点的直流电流。但通过变压器其直流电流受下列因素制约：变压器中性点的电位差、变电站的接地电阻值，还有变压器各相绕组的直流电阻和接连变压器各相线路的直流电阻数值。同时对继电保护影响较大。 3.4 直流电位补偿法
此法能一定程度抵消直流偏磁，在保证变压器可靠接地的基础上，还能减少中性点电流影响，且现场操作相对简单。这种方法在实际应用中，对于变电站、接地网、避雷器的分流作用显而易见。电位补偿法抑制效果也非常好，也可用于电压等级较高（500kV及以上）的变电站，但是需注意对相邻变电站直流偏磁的影响。电位补偿法在实际中具有可操作性，但是要注意不能过补偿，在现场布置时也需要综合考虑系统网络和各变电站相对接地极的位置等因素对补偿效果的影响。 结束语
总而言之，直流偏磁影响变压器的正常运行，严重时可引起变压器的损坏，并可能导致继电保护误动作，不仅造成了相当大的经济损失，而且严重威胁到电力系统的安全稳定运行。相关电力企业要加强对变压器直流偏磁问题和影响的分析和总结，并积极采取有效措施，抑制直流偏磁现象，保障变压器的运行质量，提高输变电效率。 参考文献
[1] 全江涛，童歆，文习山，徐碧川，阮羚，潘卓洪.复杂运行工况下变压器直流偏磁的抑制[J].高电压技术，2015，07：24-2472.
