變壓器直流偏磁研究

盧鉞

摘 要：在變壓器工作過程中，受各種因素的影響，其可能會出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象，直流偏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生會直接對變壓器性能以及變壓器使用壽命造成影響，這對于整個供電系統(tǒng)正常工作的實現(xiàn)都是極為不利的，因此相關(guān)人員必須加強對其的重視，積極的采取措施對變壓器直流偏磁進行抑制，最大程度的為變壓器安全運行做出保證。

關(guān)鍵詞：變壓器；直流偏磁；抑制措施

中圖分類號： TM41 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）32-186-2

0 引言

變壓器在整個供電系統(tǒng)中所扮演的角色是極為重要的，尤其在高壓輸電過程中，變壓器的存在可以最大程度的降低電能損耗，這對于供電過程的順利推進有著極為重要的意義。本文就變壓器直流偏磁的含義、變壓器直流偏磁的基本原理、直流偏磁對變壓器影響以及變壓器直流偏磁的抑制措施進行分析。

1 對變壓器直流偏磁的相關(guān)概述

隨著社會的不斷發(fā)展，大容量、長距離直流輸電的應(yīng)用范圍被進一步擴大，在對直流輸電進行應(yīng)用的過程中所采用的主要方式主要為大地返回方式，這種方式會使得輸電系統(tǒng)產(chǎn)生極地電流，這種電流會經(jīng)由變壓器的中性點向變壓器繞組流去，這是導(dǎo)致變壓器直流偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生的最重要的原因。因此相關(guān)供電單位必須對變壓器直流偏磁進行重視，盡可能的采取措施對變壓器直流偏磁進行抑制，最大程度的對整個電網(wǎng)運行的安全性進行保證。直流偏磁現(xiàn)象是變壓器在工作過程中最常出現(xiàn)的不良現(xiàn)象之一，導(dǎo)致直流偏磁現(xiàn)象的原因有很多，像在進行高壓直流輸電過程中所采用的輸電方式一般為單極大地回路方式或者雙機不平衡方式，在利用這兩種方式進行高壓輸電的過程中，大地中所存在的回流會進入變壓器繞組，進入的方式主要為通過接地中性點。此外在輸電過程中地磁風(fēng)暴的產(chǎn)生也會誘發(fā)變壓器偏磁現(xiàn)象，之所以會產(chǎn)生地磁風(fēng)暴主要是因為在輸電過程中太陽等離子風(fēng)會以動態(tài)變化的狀況所存在，變化的離子風(fēng)會和地磁場產(chǎn)生相互作用，進而導(dǎo)致地磁風(fēng)暴的產(chǎn)生。受各種因素的影響，在地磁發(fā)生變化之后，地球表面會產(chǎn)生點位梯度，這種電位梯度的存在會讓使得變壓器繞組產(chǎn)生低頻感應(yīng)電流，由于所產(chǎn)生電位梯度的頻率是相對較低的，在研究中可以把其當作直流電流來研究。當變壓器出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象之后，變壓器的鐵芯進入飽和狀態(tài)的時間會大大縮短，這會在一定程度上導(dǎo)致變壓器工作點的偏移現(xiàn)象的產(chǎn)生，這對于變壓器正常工作的開展是極為不利的。為了克服變壓器的偏磁現(xiàn)象，國內(nèi)外專家也對直流偏磁現(xiàn)象進行了一系列的研究，對直流偏磁可能對變壓器所產(chǎn)生的影響進行了一系列的計算和實驗，并希望以此為切入點對變壓器直流偏磁的調(diào)整和抑制提供較為合理的途徑。

2 變壓器直流偏磁的基本原理分析

變壓器直流偏磁的基本原理如圖1所示，當變壓器處于交流過勵磁的狀態(tài)下時，整個變壓器鐵芯的磁通密度會以增加的狀態(tài)所存在，在此時勵磁電流會出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。當變壓器工作區(qū)域為磁化曲線非線性時，整個勵磁電波的形狀為尖頂波形，并且其征服半波會以對稱的狀態(tài)所存在。圖1中虛線的部分表示的是變壓器在運行過程中出現(xiàn)了直流偏磁現(xiàn)象，從而使得直流和交流磁通以疊加狀態(tài)所存在，這種疊加現(xiàn)象會使得和直流偏磁方向相同的半波的鐵心飽和程度得到增加，而與之方向相反的半個周波的鐵芯飽和程度則會出現(xiàn)減小的趨勢，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生則會在一定程度上導(dǎo)致勵磁電流的波形出現(xiàn)不對稱的狀況，具體情況如圖1實線部分所示。據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn)一般情況下變壓器直流偏磁的直流限制都會比每相中交流額定有效值小，通過計算可以得出每相直流電流應(yīng)該比1.1倍的變壓器額定勵磁電流小。發(fā)生直流偏磁后變壓器的總磁通表達式如下所示：

3 直流偏磁對變壓器影響分析

3.1 直流偏磁現(xiàn)象的存在會使得變壓器噪聲增大

上文中已經(jīng)論述到當變壓器出線偏磁現(xiàn)象后，整個變壓器鐵芯磁通會以飽和的狀態(tài)所存在，這會在一定程度上使得變壓器在運行過程中所產(chǎn)生的諧波分量得以增加，諧波分量的增加會使得磁滯伸縮以加劇的狀態(tài)所存在，這是導(dǎo)致變壓器噪聲增大的最主要的原因之一。

3.2 直流偏磁現(xiàn)象的存在會增加變壓器的損耗

當變壓器出現(xiàn)直流偏磁現(xiàn)象后，會使得整個變壓器勵磁電流以大幅增加的狀態(tài)所存在，并會導(dǎo)致變壓器勵磁電流飽和程度進一步增加，這將會直接導(dǎo)致變壓器繞組、鐵心、油箱渦流損耗程度的提升，渦流損耗的增加不僅會對變壓器的性能造成影響，還有可能使得變壓器頂層油溫升高，并致使局部過熱狀況的產(chǎn)生，這對于變壓器壽命的維持有著極大的影響。

3.3 直流偏磁現(xiàn)象的存在會使得變壓器的振動變大

直流偏磁的存在會是的變壓器在運行過程中所需要的勵磁電流產(chǎn)生畸變，這種畸變現(xiàn)象將會直接致使漏磁通的增加，漏磁通的多少是決定繞組電動力的重要因素，換而言之漏磁通的增加將會致使繞組電動力以增加的狀態(tài)所存在，這是致使變壓器振動加劇的重要原因。

3.4 直流磁通的存在會誘發(fā)繼電器誤動作的發(fā)生

直流偏磁會使得變壓器以交流系統(tǒng)的諧波源的狀態(tài)所存在，當諧波源所產(chǎn)生的諧波流進入整個供電系統(tǒng)后就容易誘發(fā)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)波形畸變的狀況，當繼電保護器不能夠?qū)@種畸變的波形進行識別時就會產(chǎn)生誤動作，這對于整個變壓器正常工作的進行都是極為不利的。

3.5 直流磁通的存在會使得系統(tǒng)電壓得以下降

直流偏磁現(xiàn)象的存在會使得變壓器的磁路以飽和的狀態(tài)所存在，一旦變壓器的磁路出現(xiàn)飽和，那么勵磁電流就會增加，進而使得整個系統(tǒng)的無功消耗得以增加，無功消耗的增加將會使得無功補償裝置過載以及系統(tǒng)電壓出現(xiàn)下降的狀態(tài)，這對于變壓器作用的發(fā)揮有著一定的影響。

4 變壓器直流偏磁的抑制措施

從上文的論述中我們可以發(fā)現(xiàn)直流偏磁對于變壓器作用的發(fā)揮所具有的影響是非常大的，因此相關(guān)供電部門要想最大程度的保證供電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，就必須采取措施對變壓器直流偏磁進行抑制。對于由于中性點流入直流電流而導(dǎo)致變壓器直流偏磁現(xiàn)象，在對其進行抑制的過程中要把目光集中在對中性點和接地點之間的直流電流的阻斷和削弱上，為達到這一目的，相關(guān)人員可以采取措施把直流電流引入到變壓器的中性線和三相傳輸線中，但是所引入的直流電流的數(shù)值要進行控制，盡可能地降低直流電源對于整個變壓器以及供電系統(tǒng)的影響。如果變壓器繞組中所流動的直流電流在合理的范圍內(nèi)，相關(guān)人員要想對直流電磁進行抑制，則可以對變壓器的結(jié)構(gòu)進行改進，改進的重點主要為在變壓器所具有的原有繞組的基礎(chǔ)上加一個補償電阻的設(shè)置，具體如圖2所示。

在補償繞組中，要加以額外補償電流的注入，補償電流所產(chǎn)生的磁勢會對直流偏磁所產(chǎn)生的磁勢進行補償進而最大程度的使得整個系統(tǒng)的磁勢能夠處于相對較為理想的狀態(tài)。

直流偏磁對于變壓器的正常運行有著極大的影響，相關(guān)人員必須在結(jié)合直流偏磁產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上采取相對應(yīng)的抑制措施，這對于整個供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行有著極為重要的意義。

5 結(jié)束語

直流偏磁對于變壓器的正常運行所具有的影響是非常明顯的，相關(guān)人員必須加強對其的重視，積極的采取措施對直流偏磁進行抑制，盡可能地保證變壓器在供電過程中的作用可以最大程度的發(fā)揮，這對于整個供電系統(tǒng)都是極為重要的。在對變壓器直流偏磁現(xiàn)象進行抑制的過程中，相關(guān)人員必須對產(chǎn)生直流偏磁的原因進行分析，進而可以有針對性的采取措施，這對于直流偏磁抑制有效率的保證極為重要。

參 考 文 獻

[1] 李靖宇.換流變壓器直流偏磁的試驗研究[J].變壓器，2015，42（9）：25-28.

[2] 李曉萍.單相變壓器直流偏磁勵磁電流仿真分析[J].高壓技術(shù)，2014，31（9）：8-10.