黨艷陽 張欣宜

【摘 要】研究表明：磁路磁阻對電力變壓器性能具有較大影響，磁阻大小能夠在一定程度上改變電力變壓器允許通過直流的能力?；诖?，本文在不同直流偏磁下，對兩臺不同磁阻大小的單相四柱電力變壓器進行了仿真研究。給出了不同直流偏磁下變壓器的磁密分布。為從設計角度提高電力變壓器抗直流偏磁能力奠定了基礎。

1.引言

一方面，隨著全世界范圍內高壓大容量長距離直流輸電系統(tǒng)的應用，以大地返回方式運行的直流輸電系統(tǒng)接地極電流將通過變壓器中性點進入到變壓器繞組；另一方面，太陽等離子風的動態(tài)變化與地磁場相互作用引起的地磁風暴，進而產生的地球表面電位梯度感生的地電流也會通過變壓器中性點進入到變壓器繞組。當直流電流進入到變壓器繞組時，將發(fā)生直流偏磁現象，導致變壓器鐵心每隔半個周期磁飽和、勵磁電流增大、鐵心漏磁增大、金屬結構件損耗及溫升增加等后果[1-8]。

因此，直流偏磁問題引起了國內外學者的廣泛關注。文獻[9]對一臺單相電力變壓器在不同直流偏磁下的勵磁電流展開了仿真及實驗研究。文獻[10]采用有限元法對變壓器的渦流損耗進行了仿真計算。文獻[11]分別采用在一次側和二次側注入直流的方法，通過場路耦合法對單相電力變壓器的直流偏磁問題進行了對比分析，給出了空載及負載下的電流波形。文獻[12]采用6臺單相變壓器構成三相組式變壓器，對其在不同接線狀態(tài)下的輸出電流進行了測量及諧波分析，并將計算值與實驗值進行了對比。文獻[13] 基于產品級疊片鐵心模型，對變壓器在直流偏磁下的勵磁電流進行了仿真及實驗研究。

在直流偏磁抑制方面，國內外學者采取了一系列的措施對直流偏磁進行了抑制（中性點串電阻法、中性點串電容法、中性點反向直流電流注入法、電位補償法、交流輸電線路串電阻、改善電網中直流電流的分布等）[14-15]。傳統(tǒng)的抑制方式都是在外部添加補償裝置，雖然能夠對變壓器偏磁電流進行一定的抑制，但增加了電力系統(tǒng)的復雜程度，改變了電力變壓器的有效接地，這給電力系統(tǒng)帶來了不安全因素。目前看，從變壓器設計上采取怎樣的措施抑制直流偏磁的影響，尚未能很好地解決。

本文應用場路耦合法對兩臺不同磁阻大小的電力變壓器在直流偏磁下的空載特性進行了仿真與實驗分析，給出了不同直流偏磁下的空載電流、磁密分布、磁化曲線等，研究方法及結論可有效指導電力變壓器設計。

2.直流偏磁下電力變壓器空載特性研究

研究表明：變壓器耐受直流偏磁的能力與其自身的結構有關，不同結構的變壓器對直流偏磁的反應不同，首先采用場路耦合法對兩臺不同磁阻大小的單相四柱電力變壓器空載特性進行了分析與計算。圖1所示為Idc=2.5A時小磁阻電力變壓器磁密分布。圖2所示為Idc=2.5A時大磁阻電力變壓器磁密分布。

3.結論

本文通過場路耦合法對160kVA（2000V/400V）不同磁阻大小的兩臺電力變壓器在直流偏磁條件下的勵磁電流、磁密分布、B-H曲線等進行了仿真研究。從仿真結果中可以看出，改變電力變壓器鐵心的磁阻對直流偏磁在變壓器中的分布具有較大的影響。電力變壓器鐵心磁阻越大允許通過的直流偏磁越強，但磁阻的增大將使電力變壓器的空載損耗增加。因此，在設計電力變壓器時，應綜合考慮電力變壓器的效率及允許通過的直流偏磁大小。

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（作者單位：1.特變電工沈陽變壓器集團有限公司；2.西安供電公司長安分局）