（桂林供电局 广西区 541002）
摘要：直流输电是解决我国能源供应、负荷分配不均匀的重要手段，相对交流输送其优势包括容量大、距离远、易并网等，但同时也存在诸多技术问题，由直流输电造成变压器直流偏磁的现象十分明显。本文中笔者针对这一问题展开研究，通过分析影响形成机制并提出合理解决策略，以供广大电力管理及技术人员参考。
关键词：直流输电；直流偏磁；变压器；影响；策略
“十三五”期间我国大规模地开展了清洁电力开发，实现了生态文明建设的巨大成果，但基于经济发展对电力资源的庞大需求，电力供应矛盾和区域负荷差异依然是电网系统亟待解决的难题。当前，我国电力分布整体上呈现“全国联网、西电东送、南北互供”的格局，以此来缓解区域之间因生活生产、气候影响等造成的电力负荷差异。这其中，直流输电是一个重要解决途径，但直流输电在单极大地回线方式中会造成接地极大电流，导致周围电压剧烈变化，进一步导致直流电进入周边变压器设备，从而导致直流偏磁效应，加速变压器设备的负荷，形成局部过热、绝缘腐蚀、加速老化等不良影响；基于此，积极研究规避直流电对变压器直流偏磁影响的策略是十分必要的。
1、直流输电对变压器直流偏磁的影响分析
从现象角度分析，“直流励磁”相当于流经绕组的直流电中有一部分进入了变压器形成励磁电流，这回导致变压器铁心发生偏磁，从而导致变压器工作不稳定、不安全，如变压器振动增大。结合变压器直流励磁效应特点，在交直流电力系统正常运行的过程中发生直流偏磁，整个线路都会造成严重影响。
1.1 变压器直流偏磁的外部特性影响分析
如下图1为变压器负载运行状态的磁路示意图，其中I1和U1分别代表着变压器圆边的输入电流和电压，I2和U2分别代表着变压器副边输出的电流和电压，ZL是变压器的负载表达值，φ用来表达变压器铁心中的磁通量，那么根据磁路定律F=φ•Rm以及F=N•I，电流作用的表达为I=φ•Rm/N。
图1 变压器负载运行磁路模型
很显然，变压器中直流偏磁的电流越多，那么直流磁场的强度也就越大，在直流磁化和交流磁化的不断作用累积下，最终导致变压器铁心饱和，从而产生不正常损耗。相比较而言，能够解决的方法是增加更多的交流励磁，但磁阻也会进一步提升。
1.2 变压器直流偏磁的不同结构影响分析
“直流偏磁”对于变压器产生作用的机理是相同的，但不同变压器结构下产生的影响又存在一定差异，这是因为，不同变压器结构主要取决于不同铁心结构，我们关心的是直流偏磁效应对变压器铁心的饱和度变化。因此，变压器所能够承受的直流偏磁最大压力，自然也就与结构设计密切相关。结合现状，我国主要利用的三种不同结构变压器包括：（1）三相组式，（2）三相三柱式；（3）三相五柱式。
第一，如图2所示为三相组式变压器。该变压器结构较为简单，可视为三个独立单相变压器连接组成，按照“相”为单位划分，每一相主磁通能够沿着各自的铁心结构形成回路形态。这种结构的磁阻较小，因此即便在出现很小的直流电进入情况下，也会产生明显的直流磁通并进一步出现滞留偏磁的现象；简而言之，这种结构变压器收到直流偏磁的影响最明显。
结合以上内容分析，在三种变压器结构中三相三柱式结构允许通过的直流电最大，也就是说在同样规模的直流电作用下，其稳定性最好，相应地三相组式变压器的承受力最差。
2、变压器直流偏磁解决策略研究
第一，电容法。电容法解决变压器直流偏磁的操作并不复杂，将电容器以串联形式布置在变压器的中性点或交流线路上，从而实现流经中性点的直流电达到阻隔效果，通过电容扩充的方式可以不断消除直流电对变压器的破坏，但相对而言，电容增加必然会造成变压器的成本增加，同时也会导致中性点点位升高；同时，为了确保接地可靠性，变压器中性点的电容串联组的容抗并不大，需要在周边实施一定的保护措施。除了中性点串联电容法之外，还可以采用线路串联电容法，以此来阻断流经变压器中性点的直流电路通路，实现这一目标需要在所有出线上安装电容器，一般成本较高，采用的力度并不大。
第二，电阻法。流过变压器中性点的直流电流的大小，很大程度上取决于直流输电线路与大地回线所造成的中性点接地电位差，以及变压器中性点接地电阻、绕组和线路的等效电阻等，在变压器中性点串联限流电阻，可以有效抑制中性点的直流电流。串联装设的限流电阻阻值应足够大，才能满足限流的要求。为保证系统的可靠接地，需要在故障时通过放电间隙将电阻旁路，这样会使系统接地阻抗不连续，从而使继电保护整定变得复杂化，目前这种抑制措施在实际中的运用还很少。中性点串联电阻法能抑制直流偏磁，但接地电阻的选取、本地接地电阻对临近变压器的接地电流有何影响、如何配置电阻装置以防止使其他变压器的接地电流变大方面目前尚缺乏研究。
第三，阻容法。结合串联应用模式的特征，在电容法的原理基础上，充分考虑到暂态过电压对系统继电保护装置的要求比较高，特别是在单相接地故障时，电容器承受的电压非常高，很有可能造成铁心瞬间饱和的状态，所以可以在电容支路上串联电阻来吸收电容过多的能量；在执行上该方法和中性点串联电容法一样，也必须配置快速可靠的旁路保护系统。在均需要旁路保护及对旁路保护的技术条件、安全可靠性要求一样时，使用电容器抑制直流偏磁具有很大的优势。
第四，电位补偿法。电位差异本身就是造成直流流向的原因，不同变电站地网之间存在电位差时，电流会由高电位处流向低电位处，利用电位补偿元件，对两个变电站地网电位差进行补偿，使变压器中性点电位一样或相近，能有效减小或消除变压器中性点直流电流。
第五，反向注入电流法。其基本原理是针对流经中性点的直流电加入反向直流电进行抵消，从而消除直流励磁现象。在具体实施过程中，存在一个反向直流电大小调整问题，过大则会产生新的直流励磁，过小则不起作用，在幅度控制上一般采取80%的直流电流。
3、结束语
总体而言，当前针对变压器直流偏磁效应解决方法很多，应用效果也十分明显，本文中针对电阻法、电容法、反向注入电流法等做出了探讨，应该说不同的方法各有利弊，在实际应用中需要加强针对性、适用性研究。此外，还可以通过对变压器内部进行改造，降低变压器的运行工作点，提高变压器的抗干扰能力，例如通过加强对流过相关变压器中性点直流电流的监测，及时展开对直流偏磁进行预防。
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论文作者:李永成,彭彦军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：变压器论文; 电流论文; 直流电论文; 电容论文; 电阻论文; 铁心论文; 结构论文; 《电力设备》2017年第31期论文;