基于PSCAD的变压器直流偏磁特性的研究

蔡盛

摘 要： 直流偏磁现象是变压器的一种不正常的运行状况，这种不正常的情况对于变压器是极为不利的。如果在变压器中加上含有直流成分的电流，那么在这种情况下会对变压器产生较为严重的紊乱甚至可能会出现较大的风险。本论文首先会研究直流偏磁产生的原因，然后根据变压器的主要参数，利用PSCAD软件对变压器直流偏磁进行仿真，由得到的波形图来分析并说明成因然后进行总结。

关键词： 变压器;直流偏磁;PSCAD软件;仿真

0.引言

推进更加全面的电力资源整合，要不断优化水电，发展煤电核电，推进智能电网的建设。我国大力进行直流输电。其优点为：输送容量大，线路损耗低，走廊利用率高等等[1]。但是任何事物都不是十全十美的，特高压直流输电传输也存在一些缺陷和漏洞，主要的缺点是换流装置较昂贵。直流输电换流设备成本相对较高，缺少直流开关的应用。除了装配换流器的成本较高外，还有在以交流为输电的电网时，直流电流流过中性点将会导致电网中形成回路，那么对变压器将会造成严重影响。增加无功功率的损耗时，直流电流将会使接地电极腐蚀等。由于含有直流分量电流的因素存在，这样会使变压器产生不容忽视的紊乱状况[2]。综上所得，研究变压器的直流偏磁是十分有价值的，并且对于电力网络甚至电力系统的优化和改良也都是大有裨益的[3]。

1.变压器直流偏磁产生的具体原因

工作在正常运行状态。变压器工作在铁心的磁化曲线OA 段。如下图当制造一个性能良好的变压器时。在一般的情况下，A点要作为一个变压器运行点。也即变压器主磁通运行的正常工作点。当含有直流分量的电流进入变压器绕组时。此时出现的直流磁通φ 0和交流磁通φ。这两者相互叠加。在以上的情况下，励磁电流波形将会形成以横轴为中点线的正负半波不对称的尖波[4]。

2.基于PSCAD软件的直流偏磁仿真

本论文所研究的变压器的主要技术参数如下：产品型号：ODES-334000/500;额定容量：334000/334000/100000KVA;额定电压：（505/√3）/（230/ √3±2*2.5%）/36KV;额定电流：1145.6 / 2515.24 / 2777.78 A;空载电流：Io=0. 08%;阻抗电压（%）：HV-MV：20.2  HV-LV：  66.6 MV-LV：  39.4;空载损耗：P0=125KW;心柱磁密：1.717T;硅钢片：27ZDK090;匝数：HV： 419  MV： 347  LV： 99;负载损耗：440KW;直流电阻：串联绕组：0.09847公共绕组：0.05059;联结组号标号：Ii 10;冷却方式：ONAN/ONAF由以上主要技术参数可建立仿真模型，如上图4.1所示。

3.在PSCAD软件下变压器直流偏磁特性仿真

通过上述由PSCAD软件建立的模型对变压器在直流偏磁的情况下进行仿真。这样可以得到在不同直流偏磁情况下。励磁电流及磁化曲线特性分别如下图：

当直流电流为2.0A时，此时从（a）可得到，励磁电流峰值快接近0.7A;总电流呈现尖波形式，峰值超过1A。在（b）中可得到谐波含量增大。（c）中磁滞回线峰值超过0.6T。

4.總结

综上由图以及在直流偏磁是0A时对称的情况可以得到：（1）在没有直流偏磁的情况下，变压器的励磁电流是关于横轴对称的。（2）在含有直流偏磁的情况下，变压器的励磁电流与横轴不再呈现对称的关系，并且励磁电流中含有奇次谐波。（3）在有直流偏磁的情况下，其直流电流数值的增大时，各个谐波的含量也在增大。并且其磁滞回线逐渐向一方偏移，且变得逐渐重合在一起最终变得细长。

参考文献

[1] 蒯狄正，万达，邹云.直流偏磁对变压器的影响[J].中国电力，2004，37（8）： 41～43.

[2] 肖华.高压直流输电引起的变压器直流偏磁问题的研究[D]. 西南交通大学， 2010.

[3] MA Yu-Long，XN Xiao，X Jiang. Optimized Grounding Resistance Configuration against DC Magnetic Bias of Large Capacity Power Transformer. Power System Technology， 2006 ， 30 （3） ：62～65.

[4] 何鑫. 变压器直流偏磁的分析与抑制措施研究.高电压技术，2015，41（增刊）：23～26.