变压器直流偏磁对交流励磁的影响分析
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摘要：由于直流输电系统被广泛应用，变压器直流偏磁现象越来越引起电力行业中工作人员的重视，虽然当前我国在抑制变压器直流偏磁已取得一定的进展，但是，在实际的操作应用中还是存在一系列的问题。因此，本文将根据变压器直流偏磁产生的原因以及变压器直流偏磁对交流励磁产生的不利影响，探究有效抑制变压器直流偏磁的策略方法。
关键词：变压器；直流偏磁；交流励磁
Abstract: due to the DC transmission system is widely applied, the transformer DC bias phenomenon caused more and more staff in the electric power industry attention, although the current our country in the inhibition of transformer DC magnetic bias has made some progress, but, there is still a series of problems in the practical application of operation. Therefore, this paper will be based on the adverse effects of transformer DC magnetic bias generation and transformer DC magnetic bias on AC excitation, explore effective suppression strategy method of transformer DC magnetic bias.
Keywords: transformer; DC bias; AC excitation
中图分类号：TM41文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
由于近年来我国电力行业快速发展，长距离和大容量的直流输电已成为解决现代电力需求矛盾的主要方法。当直流输电双极不平衡方式或是单击大地回线方式运作时，直流电流进入交流系统，变压器将会因此产生直流偏磁的问题，而且会给交流励磁带来较大的影响。因此，直流偏磁成为电力系统急于研究解决的问题。
一、变压器直流偏磁产生的原因
在我国，直流输电系统已经得到广泛应用，它具有输送容量大、输送电力小以及耗损小等诸多特点。当直流输电系统发生故障或进入调试检修期时，它将会用单极大地的形式运作。这时，作为回流电路的大地很有可能流过高达数千安的直流电流。因为直流电流经过，所以直流接地极附近增加了大量的电场，接地极附近的地表电势也不断增高，随着距离不断增大，地表电势渐渐降低。在一个地区的交流电网中，因为地表地势随着地点不同而不断变化，所以将会有直流电流流向更远的地方，这些直流电流是从接地的中性点流入变压器，然后再经过输电电路流动的。直流电流由于受到变压器绕组，会使得正在运行中的变压器产生直流偏磁，给交流电网和变压器自身带来不良影响。
二、分析变压器直流偏磁对交流励磁产生的不利影响
当直流电流从变压器的中性点流经绕组时，铁芯内一般都会产生一定的直流偏磁，这使得励磁电流出现明显的正负半周不对称现象，进而使磁通发生偏移，这种现象就叫做变压器直流偏磁。变压器直流偏磁会以周期循环的形式加剧铁心磁密的饱和度，这给交流励磁和变压器自身带来了以下几方面的问题：
1.增加了无功损耗
因为直流偏磁使得变压器自身变成饱和状态，所以大大增加了励磁电流，以至于变压器的无功损耗也大大增加，最后很可能会引起变电站母线的电压降低。
2.产生了大量的谐波
在直流偏磁下的变压器，它的空载电流不仅含有偶次谐波和直流分量，而且还含有大量的奇次谐波。这就使得变电站中的母线电压出现波形畸变，由于过流遭到了损坏，仅仅是针对过滤奇次谐波电流而设计的无功补偿用电容器组的继电保护发生误动，连接空载长线时产生持续的过电压，并且在单向重合闸过程中增加了潜供电流，最终会使电压增高。
3.加剧了噪声和振动
由于直流偏磁的原因，会导致大量漏磁现象，这使得变压器绕组增加了所受的洛伦兹力，变压器绕组振动加剧，使其产生了额外的噪音，另外，这种情况还容易使绕组改变形状，无形中增加了励磁电流，使变压器铁芯片的振动加剧，增加了变压器的磁致伸缩力，使得辐射更强，空载噪声更大。
4.造成结构件局部过热的现象
在铁芯中，变压器励磁电流的谐波高频成分造成了更多的涡流损耗，使得铁耗增加，由于集肤效应造成导线内增加了大量的铜耗。由于直流偏磁一直不断加深，变压器的漏磁就会继续增加，以至于结构件涡流和绕组的损耗继续增加，因此造成油温升高和结构件局部过热的现象。
5.继电保护系统发生故障
由于变压器励磁电流谐波的原因，会使得保护继电器、控制和通信电路、测量设备以及用户的相关电子设备受到严重干扰，以至于最终发生元件故障或是灵敏设备发生误动作。
通常来讲，大型的电力变压器所许可的直流电流量是其励磁电流的1.5倍，所以一般情况下，只有很少量的直流电流流过变压器就极有可能导致变压器直流偏磁。
三、探究有效抑制直流偏磁的策略方法
现如今，围绕在超高压直流输电系统单极大地回路进行运作时大地电流对交流电网中性点接地变压器的影响，许多的研究人员和学者展开了研究讨论，其中包括限制变压器中性点直流电流方法和有关工程应用的研究，与此同时，对变压器直流偏磁研究和交流电网受大地电流影响的计算方法的研究都相应取得了较大的进展。根据变压器直流偏磁产生的原因以及变压器直流偏磁对交流励磁产生的不利影响，我们探究了有效抑制直流偏磁的策略方法，可包括以下几个方面：
1.使小电阻接地与变压器中性点串联
使小电阻接地与变压器中性点串联，可以有效抑制中性点直流电流。因为串联电阻器使大地上的支路电阻不断增大，所以电流一定会更多地流经大地的支路，因而达到了有效地抑制变压器中性点直流电流的效果。当电阻串入时，变压器的中性点也就随之升高。比如：在系统中发生接地短路的故障时，对于串入的电阻来说，如果故障电流的赋值是20KV,那么传入电阻的电压峰值将会达到100KV，发热的功率将会达到2000MV，结果将是1秒内可以产生2000MJ的热量。所以，串联的电阻一般具有容量大、低阻值的特性，正常情况下为几个欧姆。与此同时，还需要严格核算论证变压器中性点的绝缘程度，以及重新校对核算自动化的整定装置和相关保护等。
2.在交流线路中安装串联电容器
在串联电路上，我们可以有效利用电容器隔直通交的特点，串联上电容器以便于达到抑制直流电流的效果。不过，由于在系统中存在自耦变压器，因此只能够在同一个电压等级的输电线路上安装串联电容器而不能够限制直流电流顺利通过自耦变压器流入另一个电压等级的线路中去。除此之外，在安装了串联电容器以后，就会自动改变有关线路的阻抗，因此也需要重新校对自动化装置、继电保护系统以及输电线路故障中的定位装置。
3.采用反向注入的方式对变压器直流偏磁进行有效地抑制