换流变压器直流偏磁噪声研究
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摘要：直流偏磁电流对换流变压器在运行过程中换流变压器的噪声的影响已无法忽略。为有效的解决换流变压器噪声问题，本文提出了变压器直流偏磁噪声试验方法，对变压器进行直流偏磁噪声试验加载研究，并列举了试验结果；并在某台换流变压器上进行了数据测试，分析了直流电流对变压器噪声的影响。提出了多种有效降低直流偏磁电流的措施，对今后大容量低噪声换流变压器的设计有着极其重大的现实意义。
关键词：换流变的噪声；直流偏磁；试验回路
Test Study of DC Bias of the Converter Transformer
DONG Zhanming
（Overseas Business Department Of China Railway First Group Co.， Ltd.， Xi’an 710054， China）
Abstract： During operation of converter transformer， the influence on noises from DC bias has not been ignored . In order to solve the noise problems for converter transformer effectively. This paper put forward test method of DC bias noise，DC bias noise test is performed on converter transformer for researches with test result listed. and carry out data test on a certain converter transformer， and analyze the effect of DC current on noise of transformer. Put forward many kinds of effective actions to reduce DC bias，It has great practical significance for design of converter transformer with large capacity and low noise.
Key words： Noise of converter transformer； DC bias； test circuits
换流变压器在实际运行过程中，由于受到直流输电系统的影响，其绕组中不可避免地会通过一定的直流电流，从而引起铁心直流偏磁，造成换流变压器噪声、振动的明显增大，并对其性能产生一定的影响。因此，非常有必要研究出一种在试验室进行换流变压器直流偏磁的试验方法，对其空载状体或负载状态下的噪声参数进行测试，分析换流变压器噪声参数与直流偏磁电流大小之间的关系，验证换流变压器承受直流偏磁的能力，以保证其安全运行。
1 直流偏磁下换流变压器噪声的计算
换流变压器的噪声与其自身的结构、使用的材料和制造工艺都有关，这些因素具有较大的分散性。目前，换流变在直流偏磁下的噪声计算主要采用经验公式近似计算。经验公式是在试验试验的基础上总结出来的，适用于一定结构的换流变压器。
dB（A）
其中：
LDC-换流变压器在负载情况下因直流偏磁电流引起的噪声声功率增加值。
IDC-换流变压器主线圈中的DC电流值，（A）。
Iu -换流变压器主线圈中励磁电流值，（A）。
k1，k2-根据试验测试确定的常数，对不同结构型式的换流变压器其取值不同。
根据单相换流变压器试验测试确定的常数，以某工程高端换流变压器ZZDFPZ-239800/500-600为例，通过以上公式计算得出在不同直流偏磁电流下的噪音增加值，见表1。
表1 直流0～12A下变压器的直流偏磁下噪声计算结果
将上表中的数据整理，得出噪声-DC电流的变化趋势图，见图1。
图1噪声-DC电流的变化趋势图
2 直流偏磁试验方法
为验证变压器在直流偏磁电流下的噪声试验结果，对上述换流变压器工频额定电压下中性点无直流电流和中性点施加直流电流（不同大小）两种情况下的噪声分别进行测量，对比分析直流电流对变压器噪声的影响。
大型换流变压器一般均为单相变压器，通常的直流偏磁回路为选择两台规格型号一样的换流变压器，网侧并联，从一台阀侧供电，另一台阀侧开路（空载状态）或带一定负载（负载状态），但此种直流偏磁试验回路，存在如下主要缺点：
1）需要两台相同规格型号的换流变压器，占用试验空间比较大。
2）两台换流变压器均产生相同的直流偏磁现象，对测量换流变压器直流偏磁下的各种性能参数（尤其是噪声）带来困难和影响。
为克服上述直流偏磁试验回路的缺点，设计出如图2所示的换流变压器直流偏磁试验回路。此试验回路，仅需一台换流变压器，用中间试验变压器B1替代另一台换流变压器，该中间试验变压器的额定电压远高于（至少两倍）被试换流变压器额定电压。试验时，中间变压器B1的直流偏磁远低于被试换流变压器，可有效消除试验设备对被试品性能参数测量结果的影响。
图2换流变压器直流偏磁试验回路原理图
3 换流变压器噪音测量结果
当被试变压器电压达到100%电压时，调节直流源电流从0A增大到12A，利用噪声振动测量分析系统测量试验变压器的噪声，数据见表2。
表2 直流0～12A下变压器的噪声数据表
将上表中的数据整理，得出实测的噪声-DC电流的变化趋势，与计算得出的噪声-DC电流的变化趋势相比，形成图3所示的噪声-DC电流变化趋势比较图。
图3噪声-DC电流变化趋势比较图
从上述对比分析来看，计算值与测量结果基本相当，也验证了公式计算的准确性和方法的合理性。
同时，从上面的趋势图可以看出，变压器噪声随中性点施加直流电流值的增大而增大，当绕组直流小于2A时，噪声相对较小，增大约2dB，而绕组直流在2A～10A时，噪声相对增长较快，增大约12.5dB，而绕组直流大于10A时，噪声增长相对较缓和，趋于稳定。
4 降低直流偏磁电流措施
为避免铁心中流过直流偏磁电流，而导致铁心周期性饱和，致使变压器噪声增大的情况发生，应尽量减小系统的直流偏磁电流。建议可在系统中性点采取限制或其他保护措施，以减小或避免直流偏磁电流，降低其对变压器噪声的影响。针对变压器直流偏磁问题，国内外进行了较多的研究，提出了在变压器中性点采取隔离措施的方法如中性点串接电阻法、中性点串接电容法、中性点补偿电流法等、也有的提出高压线路加装串联补偿装置，改变回路阻抗的方法。目前国内外得到有效应用的措施主要有：
（1）中性点串电阻器。该法是增大流通变压器绕组的回路电阻，使得大地、金属管道、架空地线等其他通道多分流，串接电阻值一般在10欧姆以内。由于系统的短路故障电流可达数kA，过电压达数百kV，串接电阻的热容量和相关故障保护复杂。同时，也要考虑各种过电压情况下的设备安全及零序分量有关的继电保护问题。该措施在加拿大和广东部分地区得到过应用。
（2）中性点串接电容器。在系统的中性线上串接隔直电容器，其容抗一般在1欧姆左右，阻止直流成分流经变压器绕组。由于电容器长期承受较大的系统不对称电压，在系统故障时，还要承受较大的过电压和短路电流冲击，设备的质量要求高，通常在电容器旁还并联有旁路保护设备抑制过电压和过电流。在直流系统单极大地回线运行时，电容器会同时承受着交直流电压，电容器设备故障率高。同样地，原有系统中性点的接地方式变成经小电容接地，会影响部分继电保护定值。该措施在广东地区得到过应用，效果不太理想。
（3）中性点补偿电流装置。通过向变压器附近大地注入反向直流电流，降低变压器中性点直流，以抑制变压器直流偏磁。补偿电流的大小和方向由可控硅进行控制，该方法的补偿效率较低，且运行成本高，江苏常州武南变电站应用此法，当时有效遏制了变压器直流偏磁的影响，但随着系统的增大，补偿装置出现补偿容量不够等问题。
5 结论
目前，换流变压器直流偏磁试验方法没有现成的标准和规定可供参考，本文通过对换流变压器网侧绕组施加直流电流的试验线路，实现了在试验室对换流变压器空载、负载状态下发生直流偏磁运行情况的模拟，使在试验室验证换流变压器直流偏磁的耐受能力成为一种可能。且此换流变压器的直流偏磁试验方法完全适用于大型单相换流变压器的直流偏磁研究。
同时以某工程实际使用换流变压器为例，通过理论计算，得出在不同直流偏磁电流下换流变压器噪声值，并与测量结果进行对比分析，验证了计算的正确性和计算方法的合理性。并提出有效降低直流偏磁电流的措施。对今后大容量低噪声换流变压器的设计有着极其重大的现实意义。