变压器直流偏磁研究

变压器直流偏磁研究

张斌

大唐国际托克托发电公司内蒙古呼和浩特010216

摘要：在变压器工作过程中，受各种因素的影响，其可能会出现直流偏磁现象，直流偏磁现象的产生会直接对变压器性能以及变压器使用寿命造成影响，这对于整个供电系统正常工作的实现都是极为不利的，因此相关人员必须加强对其的重视，积极的采取措施对变压器直流偏磁进行抑制，最大程度的为变压器安全运行做出保证。本文就变压器直流偏磁的相关概述、变压器直流偏磁的基本原理、直流偏磁产生的原因、对变压器的影响以及变压器直流偏磁的抑制措施进行分析。

关键词：变压器；直流偏磁；原理；影响；抑制措施

随着高压直流输电（HVDC）技术在国内电网中越来越多地应用，由于其输送容量大、输送距离远、调节迅速、运行灵活，HVDC在远距离大容量输电、区域电力系统互相连接中起到了十分重要的作用，但也带来了一些新问题。自2000年12月开始，南方电网大亚湾核电站发现主变压器时常出现噪声异常及增大的情况；2003年初因三龙直流输电启动调试导致江苏电网出现明显的直流电流；天广直流单级大地调试中，附近的电厂、变电站也有类似的情况发生。因此需要对产生该现象的原因——直流偏磁进行研究并找出应对措施。

一、对变压器直流偏磁的相关概述

随着社会的不断发展，大容量、长距离直流输电的应用范围被进一步扩大，在对直流输电进行应用的过程中所采用的主要方式主要为大地返回方式，这种方式会使得输电系统产生极地电流，这种电流会经由变压器的中性点向变压器绕组流去，这是导致变压器直流偏磁现象产生的最重要的原因。因此相关供电单位必须对变压器直流偏磁进行重视，尽可能的采取措施对变压器直流偏磁进行抑制，最大程度的对整个电网运行的安全性进行保证。直流偏磁现象是变压器在工作过程中最常出现的不良现象之一，导致直流偏磁现象的原因有很多，像在进行高压直流输电过程中所采用的输电方式一般为单极大地回路方式或者双机不平衡方式，在利用这两种方式进行高压输电的过程中，大地中所存在的回流会进入变压器绕组，进入的方式主要为通过接地中性点。此外在输电过程中地磁风暴的产生也会诱发变压器偏磁现象，之所以会产生地磁风暴主要是因为在输电过程中太阳等离子风会以动态变化的状况所存在，变化的离子风会和地磁场产生相互作用，进而导致地磁风暴的产生。受各种因素的影响，在地磁发生变化之后，地球表面会产生点位梯度，这种电位梯度的存在会让使得变压器绕组产生低频感应电流，由于所产生电位梯度的频率是相对较低的，在研究中可以把其当作直流电流来研究。当变压器出现直流偏磁现象之后，变压器的铁芯进入饱和状态的时间会大大缩短，这会在一定程度上导致变压器工作点的偏移现象的产生，这对于变压器正常工作的开展是极为不利的。为了克服变压器的偏磁现象，国内外专家也对直流偏磁现象进行了一系列的研究，对直流偏磁可能对变压器所产生的影响进行了一系列的计算和实验，并希望以此为切入点对变压器直流偏磁的调整和抑制提供较为合理的途径。

二、变压器直流偏磁的基本原理

当变压器处于交流过励磁的状态下时，整个变压器铁芯的磁通密度会以增加的状态所存在，在此时励磁电流会出现畸变现象。当变压器工作区域为磁化曲线非线性时，整个励磁电波的形状为尖顶波形，并且其征服半波会以对称的状态所存在。变压器在运行过程中出现直流偏磁现象时，会使直流和交流磁通以叠加状态所存在，这种叠加现象会使得和直流偏磁方向相同的半波的铁心饱和程度得到增加，而与之方向相反的半个周波的铁芯饱和程度则会出现减小的趋势，这种现象的产生则会在一定程度上导致励磁电流的波形出现不对称的状况。一般情况下变压器直流偏磁的直流限制都会比每相中交流额定有效值小，通过计算可以得出每相直流电流应该比1.1倍的变压器额定励磁电流小。

三、直流偏磁产生原因及对变压器的影响

（一）直流偏磁产生的原因分析

1、太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁"风暴"。地磁场的变化将在地球表面产生电位梯度，其大小取决于地面电导率和地磁风暴的严重程度，当这一低频且具有一定持续时间的电场作用于中性点接地的电力变压器时，将在绕组中诱发地磁感应电流，地磁感应电流超过一定限值时，就会导致变压器直流偏磁。

2、直流输电单极大地回路运行，导致地下有大的直流电流流过，因而在其接地极或换流站周围一定区域中会产生地表电流，与其并行运行的交流输电系统变电站中的变压器如果距离换流站不远，就会受到干扰，这种干扰作用的直接表现就是通过交流变压器的接地中性点在交流变压器的励磁电流中产生直流分量。造成变压器直流偏磁。

（二）直流偏磁对变压器造成的影响

1、变压器噪声增加

当变压器出线偏磁现象后，整个变压器铁芯磁通会以饱和的状态所存在，这会在一定程度上使得变压器在运行过程中所产生的谐波分量得以增加，谐波分量的增加会使得磁滞伸缩以加剧的状态所存在，这是导致变压器噪声增大的最主要的原因之一。

2、增加变压器的损耗

当变压器出现直流偏磁现象后，会使得整个变压器励磁电流以大幅增加的状态所存在，并会导致变压器励磁电流饱和程度进一步增加，这将会直接导致变压器绕组、铁心、油箱涡流损耗程度的提升，涡流损耗的增加不仅会对变压器的性能造成影响，还有可能使得变压器顶层油温升高，并致使局部过热状况的产生，这对于变压器寿命的维持有着极大的影响。

3、变压器振动加剧

直流偏磁的存在会是的变压器在运行过程中所需要的励磁电流产生畸变，这种畸变现象将会直接致使漏磁通的增加，漏磁通的多少是决定绕组电动力的重要因素，换而言之漏磁通的增加将会致使绕组电动力以增加的状态所存在，这是致使变压器振动加剧的重要原因。

4、诱发继电器误动作的发生

直流偏磁会使得变压器以交流系统的谐波源的状态所存在，当谐波源所产生的谐波流进入整个供电系统后就容易诱发系统电压出现波形畸变的状况，当继电保护器不能够对这种畸变的波形进行识别时就会产生误动作，这对于整个变压器正常工作的进行都是极为不利的。

5、使系统电压得以下降

直流偏磁现象的存在会使得变压器的磁路以饱和的状态所存在，一旦变压器的磁路出现饱和，那么励磁电流就会增加，进而使得整个系统的无功消耗得以增加，无功消耗的增加将会使得无功补偿装置过载以及系统电压出现下降的状态，这对于变压器作用的发挥有着一定的影响。

四、变压器直流偏磁的抑制措施

从上文的论述中我们可以发现直流偏磁对于变压器作用的发挥所具有的影响是非常大的，因此相关供电部门要想最大程度的保证供电系统的正常运转，就必须采取措施对变压器直流偏磁进行抑制。对于由于中性点流入直流电流而导致变压器直流偏磁现象，在对其进行抑制的过程中要把目光集中在对中性点和接地点之间的直流电流的阻断和削弱上，为达到这一目的，相关人员可以采取措施把直流电流引入到变压器的中性线和三相传输线中，但是所引入的直流电流的数值要进行控制，尽可能地降低直流电源对于整个变压器以及供电系统的影响。如果变压器绕组中所流动的直流电流在合理的范围内，相关人员要想对直流电磁进行抑制，则可以对变压器的结构进行改进，改进的重点主要为在变压器所具有的原有绕组的基础上加一个补偿电阻的设置。在补偿绕组中，要加以外补偿电流的注入，补偿电流所产生的磁势会对直流偏磁所产生的磁势进行补偿进而最大程度的使得整个系统的磁势能够处于相对较为理想的状态。

直流偏磁对于变压器的正常运行有着极大的影响，相关人员必须在结合直流偏磁产生原因的基础上采取相对应的抑制措施，这对于整个供电系统安全稳定的运行有着极为重要的意义。

五、总结

变压器在电能的输送过程中起着非常重要的作用，保证变压器的健康、稳定的运行是各电厂、电网公司的重中之重。总之，选择合理的抑制直流偏磁的装置和方法来解决直流偏磁问题要结合实际情况具体分析。当然在保证能消除直流偏磁这个问题的情况下还要考虑操作安装简单，运行稳定，费用低廉等问题。

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