摘要：现阶段，随着我国经济的快速发展，电力企业发展的也十分迅速。而在电力企业中直流偏磁对变压器影响受到重视。变压器在发生突发性事故之前,绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。对于大型电力变压器,目前几乎是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备异常的特征量。
关键词：直流偏磁；变压器影响研究；综述
引言
直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态,是指在变压器励磁电流中出现了直流分量,直流偏磁的产生有多种原因,太阳磁暴也是其中的一种,直流偏磁将导致变压器温度升高、噪声增加和振动等问题,在变压器运行中必须引起注意。
1变压器直流偏磁产生机理及其影响
1.1变压器直流偏磁产生机理
直流偏磁下，变压器绕组中产生直流电流分量，铁心中包含直流磁通和磁势，其作用原理可用图1说明。图1(a)实线表示无直流偏磁情况下的磁通曲线，虚线表示直流偏磁情况下的磁通曲线；图1(b)表示初始磁化曲线；图1(c)实线表示无直流偏磁情况下绕组中励磁电流波形，虚线表示直流偏磁情况下绕组中励磁电流波形。为减小体积并节约铁磁材料，使正常工作状态下的变压器利用率达到最大，变压器稳定运行点一般处于线性区和饱和区临界点附近。当变压器绕组中流过直流电流时，铁心中直流磁通和交流磁通叠加，总磁通曲线波形不变，但整体上移，使得与直流磁通方向相同的半周波，磁感应强度增大；方向相反的半周波，磁感应强度减小，对应的励磁电流产生畸变，谐波分量增多，此时变压器工作在半波饱和状态。
图1 直流偏磁产生机理
1.2直流偏磁对变压器影响
直流偏磁情况下，变压器铁心内部达到半周磁饱和，励磁电流波形由正弦波变为尖顶波，此时励磁电流中除包含基波分量外，奇次谐波含量大幅提升，还会包含偶次谐波。谐波比重增大，使得变压器无功损耗增加，电流互感器测量产生偏差，可能会导致电力系统继电保护装置误动作，对电力系统安全性和可靠性产生威胁。变压器损耗增加，拉板、支撑板及金属构件温升提高。变压器损耗主要分为铁心损耗和绕组损耗。绕组损耗包括基本铜耗和附加铜耗。在直流偏磁作用下，励磁电流波形畸变严重，产生的尖顶波波峰峰值远高于正常工作状态下的励磁电流峰值，致使绕组基本铜耗增大。变压器铁心损耗主要包含磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗。直流偏磁下，磁滞回线发生变化，变压器磁滞损耗和涡流损耗均会增大。变压器工作在非线性饱和状态，铁磁材料磁导率下降，导致漏磁增加，通过变压器夹件、腹板、油箱等金属构件漏磁通密度增大，漏磁产生损耗增加，金属构件温升提高。
2直流偏磁对变压器影响的研究
2.1对变压器内部特性影响的研究
对变压器内部特性的研究主要包括两类：一类是针对变压器谐波，无功损耗等电气参量的研究；另一类是针对变压器的温升，振动进行研究。针对变压器谐波、无功损耗等电气参量的研究均对实际变压器中性点注入直流，分析GIC作用下的不同类型变压器励磁电流的变化情况，认为直流电流对变压器的影响程度与变压器的铁心结构有关，其中单相三柱变压器的影响程度最大而三相三柱变压器的影响程度最小。基于磁路结合的方法分析了GIC作用下变压器励磁电流和无功消耗的变化情况；利用现有的EMTDC软件，分析GIC对变压器励磁电流和无功消耗的影响；采用有限元分析和等效磁路相结合的方法，分析了GIC作用下变压器励磁电流谐波和无功消耗随变压器直流偏磁程度变化的情况，认为所有的三相和单相变压器结构都易受到地磁感应电流的影响。
2.2铁心磁化模型建立方法
研究变压器直流偏磁问题，不仅要考虑变压器电磁转换的物理过程，还要考虑变压器铁心铁磁物质的磁化过程，以往研究变压器直流偏磁问题时，为了简化计算过程，变压器铁心磁滞回线常常是通过实验测量得到，或者直接用经验单值曲线通用方程表示。直接利用分段性等效支路电导模拟铁心磁滞曲线。这些方法虽然可以使分析过程简化，但是由于未考虑变压器铁心磁化过程中的磁滞特性和非线性，使得仿真计算结果存在误差，因此研究直流偏磁问题时分析铁磁材料磁化特性十分必要。铁磁材料磁化特性大致可分为平均磁化特性和磁滞特性，其中研究磁滞特性的模型有很多，如：J-A模型、PREISACH模型、神经网络模型、傅里叶磁滞模型、活动—停止磁滞模型等。适用于低频激励条件下磁滞特性研究的模型主要为：PREISACH模型、J-A模型和神经网络模型。
2.3对温升损耗的影响
至今针对直流偏磁温升损耗的研究大体流程为以某一标准变压器为例，计算或测量铁心与金属构件损耗与温度分布情况。但实际上，直流偏磁除了会影响变压器铁心与构件的损耗，绕组损耗和温升在直流电流的作用下也会发生变化，且由于热传导与辐射作用，绕组温度升高会影响变压器整体温度分布情况。而绕组的绕制方式、换位方式、制造工艺、联接方式以及绝缘材料等都会对其在直流作用下的温升与损耗情况产生影响。并且变压器夹件施加的力度、规格等不同，铁心与金属构件的损耗温升分布也会不同，而现今的研究并未系统全面的比对和分析不同规格不同种类的绕组、夹件等装置与变压器损耗温升分布情况之间的关系。除此之外，空载和负载两种情况下变压器各个部分温度与损耗的变化情况不同，不同的负载(连续、短时、反复短时工作制负荷等)对此也会产生影响。因此从变压器规格种类与负载情况的影响这两个方面系统分析变压器直流偏磁温升损耗问题是下一步研究的重点。
2.4直流偏磁对系统其他设备的影响
直流偏磁不仅会对变压器产生的损害，对电力系统中的其他设备也存在影响。研究直流偏磁对电磁式电流互感器(CT)的影响，建立了CT等效电路模型，采用伏安法测量CT线圈电感值来求得直流偏磁下铁心磁导率。并采用交直流混合实验回路测量CT一次二次侧谐波分量，分析直流偏磁对CT励磁电流的影响。通过建立变压器仿真模型，计算直流偏磁下励磁电流谐波分量，在此基础上分析无功补偿电容器组以星形不接地方式接于低压侧的系统直流偏磁时励磁电流的谐波分量，分析电容器与励磁电流之间的关系并计算引起电容器损坏的直流电流幅值。
结语
变压器是电力系统中最重要的设备,用途非常广泛。采用毛细管柱的气相色谱仪来分析变压器油能使技术人员及时充分掌握并监测变压器的运行状态,能更准确的判断变压器内部是否存在着潜伏性的故障,这对于变压器的维护保养起到关键性的指导作用,在变压器中性点加装隔直装置一串联电容法来有效抑制变压器中性点直流电流,解决了变压器偏磁、噪音大问题,从而更好地保证电力系统的安全运行。
参考文献
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论文作者:靳斐,翟永星
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：变压器论文; 电流论文; 铁心论文; 绕组论文; 谐波论文; 励磁论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第2期论文;