大型电力变压器直流偏磁现象分析

王海姣++高自伟++孙海明

摘 要：随着社会的不断进步以及经济的快速发展，电力业也得到了较快的发展，进而大型电力变压器出现直流偏磁现象也屡见不鲜。而大型的电力变压器经常出现直流偏磁现象就会在一定程度上影响变压器运行的可靠性和稳定性，进而就会影响变压器的正常使用。因此，我们应加强研究与分析大型电力变压器直流偏磁现象，进而有效地找到变压器出现此种现象的原因，从而有效地避免变压器出现此种现象。本文就针对大型电力变压器直流偏磁现象进行具体的分析与讨论。

关键词：大型变压器；电力变压器；直流偏磁；现象分析

中图分类号：TM41 文献标识码：A

直流偏磁现象的产生与变压器接地中性点存在的直流电位差有关。其中，直流偏磁使变压器会激励电流中产生谐波，谐波的产生会使变压器产生大量的无用功，造成消耗的增加，同时会对继电器形成错误保护，这样就在一定程度上影响了大型变压器运行的稳定性与可靠性。因此，我们应不断地分析大型变压器出现直流偏磁现象的原因，进而不断地提高变压器的运行效率。

1.变压器直流偏磁的来源

只有了解了变压器直流偏磁的具体来源，并对其应用进行具体分析，才能有效地避免大型变压器出现直流偏磁的现象，进而才能保证大型变压器的有效使用，确保其正常工作。现对变压器直流偏磁的来源进行有效分析，希望能为相关工作者提供一定的借鉴。

1.1 直流输电产生的地中电流

在对电流进行长距离输送的过程中，如果使用直流输电技术，能够提升电力系统的运行效率，确保电力输送的稳定。由于直流输电技术其自身具有较强的优势，因此，其在我国备受青睐，并得到了广泛应用。但是，直流输电工程是以地表水和海水作为运行回路，在这个过程中，高达几千安倍的电流直接接地极注入大地，进而就会在一定程度上对接地极自身以及周围的设施产生一定的负面作用。与此同时，较大的电流会引起接地极周围变电站接地网地电位发生改变，从而就会在某种程度上引起变压器出现直流偏磁的现象，进而会引起变压器的磁饱和，使变压器产生强大的振动，同时会产生噪声污染，给人们的生活造成很大的影响。

1.2 磁暴产生的地磁感应现象

变压器直流偏磁的另一个主要来源就是磁暴产生的地磁感应现象。太阳表面的黑子等物质会产生风能和射线流，这些生成物会共同对地球产生碰撞，从而出现磁暴，进而使得变压器出现直流偏磁现象。其中，以太阳风引起的地磁暴危害最大，一旦产生地磁暴，极电流会产生相应的磁场，同时受到扰动的地磁场会与其形成可变磁场，地球是一个导体，因此，就会在很大程度上导致变压器出现直流偏磁现象。

2.直流偏磁对变压器励磁电流的影响

一旦变压器出现直流偏磁的现象，就会在一定程度上影响变压器的励磁电流。下面，就针对直流偏磁对变压器励磁电流的影响展开具体的分析与讨论。

2.1 变压器直流偏磁的机理分析

直流偏磁现象说明变压器处于一种不正常的状态。由于某种原因使得变压器组中产生了直流分量，造成变压器的铁芯中含有直流磁势或直流磁通，从而就会引起一系列的电磁效应。此外，偶次谐波会导致在励磁电流中产生正半周尖顶波，一旦直流偏磁电流变大时，正半周尖顶波的振幅随之增大。因此，励磁电流的大小不仅与变压器的设计有密切的关系，同时与直流电流的大小密不可分。

2.2 二维非线性场路耦合有限元法

场路耦合指的是变压器中的线圈，对其处理遵循“微分”观点或“场的原则，然后再通过有限元计算的一种处理方式。其中，直流偏磁对变压器的空载运行性能有一定的影响。

2.3 不同直流偏磁下铁心工作状态的改变

变压器的铁心会由于直流电流在变压器中的作用而产生相应的直流磁通。其中，当直流磁通与交流磁通相互叠加产生作用时，会造成磁通在正常的工作状态下发生上移，导致铁心会在正半周上部发生饱和现象，励磁电流会在此项的作用下出现变形，进而会产生相应的奇次谐波和偶次谐波。除此之外，不同的直流偏磁量会直接影响到对铁心的饱和程度。

3.直流偏磁对变压器损耗的影响

通过对直流偏磁对变压器损耗产生影响的了解，可在一定程度上有效的避免大型电力变压器出现直流偏磁现象，进而也就提高了变压器运行的可靠性和稳定性。下面，就针对直流偏磁对变压器损耗所产生的影响展开具体的分析与讨论。

3.1 漏磁场的类型

变压器的运行状态可以分为两种，分别是稳态和暂态。其中变压器的运行稳态就是指正常的对称运行和不对称运行，而变压器的暂态运行指的是当变压器空载合闸时，在此过程中可能会造成线路出现短路所出现的暂态短路电流现象。此外，当变压器的各绕组及其金属构件处于一定的漏磁场中，就会产生一定的涡流现象。涡流现象会造成电流密度的不均匀，这主要与横截面的分布不均匀密切相关。交变电流如果在界面中的分布不均匀，会造成电路中电阻比通过直流电流时的电阻大的情况。

3.2 直流偏磁对变压器漏磁场的影响

3.2.1 二维漏磁场分析

当没有一定的偏磁电流时，变压器的漏磁场存在于绕组和绕组之间的绝缘部分。当磁场中存在较少的磁力线通过时，不同电流强度的偏磁电流，其漏磁场的分布就不同。譬如：当偏磁电流为5A时，漏磁场在压板的分布较为明显。而当偏磁电流为10A的时候，磁力线会通过各个金属构件，磁力线的密度与电流的强度呈现正比例关系。

3.2.2 三维模型漏磁磁密分布

实际的变压器铁心和箱壁在空间结构上并不是轴对称结构的，所以，二维或者轴对称模型的相似性只是适用于某个部分而非整体。因此，我们需要对三维漏磁场进行深入分析。经分析可得：当负载运行时，电流的增加会造成各个金属构件漏磁的磁密值大幅度的增加。

3.2.3 漏磁场引起的损耗效应与热效应分析

如果变压器绕组的导体存在于某个漏磁场中，在这个磁场中便会出现涡流损耗的现象，造成电流密度会由于导线横截面分布不均而出现不均匀的情况。与此同时，由于铁心叠片的特殊性质，只有叠片垂直进入到磁场时，才会发生损耗现象，损耗的产生会在一定程度上引起铁心温度的提升。而当增加直流偏磁电流时，进入到压板和夹件的漏磁通就会产生大幅度增加，造成涡流损损耗增加，从而也就在一定程度上引起了温度的提升。

3.3 直流偏磁对变压器损耗影响的分析

3.3.1 空载运行时直流偏磁对金属构件涡流损耗的影响

如果存在直流偏磁电流时，电压器在空载运行的过程中会产生强大的漏磁场，进而不仅会产生一定的涡流损耗效应，而且还会引起变压器局部温度过热的现象。因此，变压器处于空载运行的状态时，直流偏磁作用于磁场中，会导致励磁电流达到饱和的状态，造成铁心与空气间的磁导率趋于一致，变压器的漏磁增大，从而就会影响大型电力变压器的正常运行。

4.直流偏磁对变压器温升的影响

4.1 变压器温升的标准规定

电力变压器在正常的使用过程中，其环境的温度和冷却介质温度为：最高气温为+40℃，最热的月平均气温为+30℃。此外，一般情况下对于电器连接线和油箱内部的构件不限定温度的升高幅度和范围，但应当确保温度在提升过程中不要过高。

4.2 变压器的散热方式

4.2.1 热传导

热传导方式是变压器常见的散热方式。其中，在变压器中，通过热传导的方式实现绕组最热处的热点到绕组外部的热量。

4.2.2 对流散热

热对流指的是固体表面和与其接触的流体之间会产生一定的温差，温差的产生就会导致热交换现象的发生。当发生变压器的对流散热现象时，其流体的主要流动方式为：自燃对流以及强迫对流两种方式。

4.2.3 辐射散热

热辐射对能量的传递主要是依靠电磁波进行的。当辐射发生时，不需要物质之间的直接接触，同时，也不需要任何媒介的参与。同样的物质在温度不一样的情况下会有不同的热辐射能力。同样的物质只有处于同一温度下，整体的热辐射能力才会最强。

4.3 变压器温升的仿真计算

4.3.1 变压器温升的计算

电力变压器在运行的过程中，由于绕组、铁心以及金属构件间会出现能量的损耗，损耗会变成相应的热量进行发散进入到周围的物质中，从而导致变压器的温度上升。在变压器工作的时候，会受到漏磁场的影响，导致局部发生过热的情况。所以，有必要建立起变压器温升计算的二维模型，将初始的温度限定为40℃，进而实现对变压器温升的有效计算。

结语

随着经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，人们对于电的需求量也逐渐的增加。因此，我们就应不断的分析与研究大型电力变压器出现直流偏磁现象的原因，进而不断的提升变压器运行的稳定性和可靠性。因此，我们应首先认识变压器直流偏磁的来源，进而了解到直流偏磁对变压器励磁电流的影响、直流偏磁对变压器损耗的影响以及直流偏磁对变压器温度的提升的影响，进而有效避免变压器中产生直流偏磁等情况，以此来有效的提高大型变压器运行的可靠性和稳定性。

参考文献

[1]张露，阮羚，潘卓洪，等.变压器直流偏磁抑制设备的应用分析[J].电力自动化设备，2013，33（9）：151-156.

[2]潘超，王泽忠，李海龙，等.基于瞬态场路耦合模型的变压器直流偏磁计算[J].电工技术学报，2013，28（5）：174-181.

[3]刘渝根，冷迪，田资，等.基于ANSYS Maxwell的750kV自耦变压器直流偏磁仿真[J].高电压技术，2013，39（1）：218-225.