摘要：采用长距离传输的直流输电方案，有利于提高电力传输的经济性、灵活性、稳定性，系统运行过程中调度电力也比较灵活，高压直流传输技术具备非常好的前景。然而，高压直流输电系统易出现主变直流偏磁，当系统直流用单极大地返回工作的方式，会出现主变压器异常，噪音增大振动变大。随着我国大力实施西部向东输送电力的政策，中国高压直流输电（HVDC）技术越来越多地使用在电力网络中，这个问题显得更加迫切和重要。本文主要对变压器直流偏磁抑制技术进行了一定的研究。
关键词：变压器；直流偏磁；抑制技术；研究
1、变压器直流偏磁产生机理
直流电流经中性点入侵变压器绕组时，直流电流产生的直流磁通与变压器交流电流产生的交流磁通叠加，形成总磁通。直流偏磁时，变压器绕组中的励磁电流和铁心中的磁通波形均发生了变化，如图所示（实线、虚线分别代表无、有直流电流作用时的情况）。
由图可知，变压器未发生直流偏磁时，其励磁电流和铁心磁通曲线均为正弦波且正负半轴对称，铁心也工作在线性区；变压器发生直流偏磁时，其励磁电流波形发生了畸变，正半轴波形出现尖峰且幅值增大，负半轴波形仍为正弦波，而铁心磁通波形向正半轴偏移，铁心工作在饱和区。随着直流量的增加，励磁电流波形畸变越来越严重。
2、直流偏磁对变压器的影响
2.1、励磁电流畸变
变压器出现直流偏磁时，直流电流产生的直流磁通叠加在交流电流产生的交流磁通上形成总磁通，使变压器磁通密度增加、铁心饱和程度加深、励磁电流增加、电流波形畸变严重。
2.2、变压器振动加剧
变压器本体振动主要源于硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动，磁致伸缩使铁心随着励磁电流的变化而出现周期性振动。直流偏磁下的变压器铁心处于正半周饱和状态，磁通向正半轴偏移，励磁电流波形发生畸变，导致磁致伸缩加剧，进而加剧铁心振动；硅钢片接缝处和叠片间存在由漏磁通引起的电磁吸引力，磁饱和时电磁吸引力随漏磁通增加而增大，也加剧了铁心、紧固螺栓、引线夹件绝缘螺栓等的振动，严重时会使变压器部件出现松动现象。
2.3、变压器运行噪声增大
铁心的磁致伸缩振动和变压器紧固螺栓、引线夹件绝缘螺栓等附件的振动是变压器噪声的主要来源；其次，直流偏磁时励磁电流畸变产生各种频率的谐波分量，这些谐波分量的某一频率与变压器结构的某一部件频率相同时发生共振，使变压器噪声增大。
2.4、变压器结构附件局部过热、温度升高、损耗增加
芯式变压器的铁心拉板或壳式变压器的铁心支撑板等结构附件都采用磁性材料制成。这些结构附件通常比硅钢片厚得多，在直流偏磁作用下，表面涡流损耗会随着漏磁通的增大而增大，导致这些结构附件的温度升高。励磁电流畸变使磁通增加、谐波增加，铁心损耗和绕组损耗也随之增加。温升严重时可能会导致变压器效率降低、绝缘老化速度加快、使用寿命缩短。
3、变压器直流偏磁抑制技术
3.1、变压器中性点串小电阻法
当两台变压器中性点直接接地时，会通过大地构成直流回路，于是有直流电流流经中性点接地线。直流电流大小只与电阻元件以及元件间电位差有关。直流电阻包括存在于变压器各相绕组的等效直流电阻、接地网直流电阻、变压器连接线的直流电阻；同时，直流电流的大小还与两台变压器的中性点电位差有关。因为三相负荷不对称，以及三相线路等效阻抗值不对称，即使电力系统处于正常工况，系统中性点也会有不平衡电流，其数量级为几个安培，对系统的稳定安全运行没有影响；但是在发生接地故障时，中性点电流值可能会突变到数十千安。这种情况下，在中性点串入电阻可以大幅度减小故障电流的幅值，但是，电流流过电阻就会产生电压差，这会使得变压器中性点对地电位相比不串接电阻时高很多。在中性点串联电阻可以抑制直流偏置电流，降低系统谐振的几率，但是当系统发生短路故障时电阻容易被烧毁或者遭遇雷击。
3.2、反向电流法
变压器中性点内串入一直流的电压源，按测得直流电数值对此电压源的设置进行动态化调整，实时供给反向的直流电。此电压源在确保绝缘要求符合标准前提下输出几百伏电压。应用此装置较为灵活，且能动态选取注入的差异反向的电流。可此装置十分复杂，且价格昂贵，可行性仍需要进行检验。
故反向电流法在实际操作中是比较困难。
3.3、串联电容法
此种方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，为了保护变压器的性能，采用装设电流旁路的方法，这样串联电容对于继电保护的作用不是很明显，因此不会对保护产生误动的影响。
3.4、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，和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。
3.5、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。但是需要适当的增加补偿容量，且补偿容量时容易导致直流单极工作，出现更为严重的直流偏磁现象。这种运行方式能够比串联接地电阻的方式对继电保护的影响低一些，但也同样存在一定的影响。
总而言之，当变压器在运行过程中出现直流偏磁现象时，变压器的励磁电流高度会发生严重畸变，铁芯磁通将处于过度饱和状态，持续一段时间的话，会产生一定的噪声，导致变压器本身及无功功率的损耗，更有甚者会导致局部过热，以致绝缘层遭到破坏，从而使变压器使用寿命大大降低或直接损坏。所以一定要对其进行研究以更好地确保变压器的正常运行。
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论文作者:高飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：变压器论文; 电流论文; 铁心论文; 电阻论文; 畸变论文; 波形论文; 励磁论文; 《基层建设》2017年第16期论文;