直流偏磁
直流偏磁之我见
直流偏磁之我见摘要：1 直流偏磁产生的原因电力变压器中的“直流偏磁”是指由于某种原因导致的直流磁势或直流磁通，以及由此引起的一系列电磁效应，主要发生于如图所示的变压器变压器形式（Y0d 接法）及系统连接中。
在线运行的变压器绕组内产生较大的直流分量，可以由如下原因引起:1.1 太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”地磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度。
在地面电导率较小的地区，当发生严重地磁风暴时，这种电位梯度可达每公里几伏至上百伏，持续时间可为几分钟到几小时，这一低频且具有一定持续时间的电场作用于输电系统中中性点接地的电力变压器时，地表电位梯度将在其绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.001～1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可看作近似的直流，其值可达80～100A 以上,在一些自耦变压器中已测得地磁感应电流每相超过200A。
地磁风暴影响电信系统最早于1846年在英格兰被注意到,而电力系统干扰与地磁现象的联系直到1940年才在美国被报道，这一现象在近几十年中曾多次发生，但直到1989年3月13日，严重的地磁干扰影响了世界范围的电力和通讯系统，这才引起人们的重视。
这次干扰造成加拿大魁北克水力发电中断；美国东海岸发电站的大型升压变压器被毁，其中连接两个低压绕组导线的铜接头烧毁；磁暴期间有8台自耦变压器出现不同程度的过热, 其中一台因严重的油箱过热而损坏。
美国IEEE输配电委员会从1990年至1993年，每年召开专题研讨会，专门成立了“地磁干扰及其对电力系统的影响”研究小组，并于1993年提出了有关研究报告[3]。
研究表明较大的地磁波动会引起电力系统出现不寻常的无功和有功波动、极度的电压波动、频移、不必要的继电器操作、变压器三角形绕组中三次谐波电流增加以及通讯、远程监测和监督管理报警误动作。
我国幅原辽阔，在一定地区存在地磁感应电流的可能性是存在的。
国内对Glc问题的研究开始于20世纪90年代后期。
直流偏磁对变压器的影响及抑制措施
直流偏磁引起的高振动给变压器本身带来的问题比噪声更加严重，可能会导致变压器内外相关部件松动。例如，轴向压板、压钉、拉板以及地脚螺丝等。绕组绝缘的磨损，从长期来看，对变压器绝缘和抗短路冲击能力会有较大损害。
（2）谐波增大。当铁心工作在饱和区时，漏磁通会增加，在一定程度上使电压波峰变平，谐波电压和电压总谐波畸变率增大。此时，变压器成了交流系统中的谐波源，从而带来一系列问题。如系统电压波形畸变、滤波器过载、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相重合闸过程中潜供电流增加及断路器恢复电压增高等。
4.4反向注入抑制
反向注入抑制是在变压器中性点注入一个反向直流电流来抵消原来的偏磁电流，其原理如图5
所示。在变电站外补偿接地极与变压器中性点之间注入直流电流，该电流部分经由变压器绕组和电网再回到补偿接地极。通过控制直流发生装置输出直流电流的方向和大小，就可以达到抵消变压器中性点原有直流电流的目的。反向注入抑制不影响运行系统的参数，但技术要求较高，比较复杂。
可以产生2 000MJ的热量。因此，串联的电阻具有低阻值、大容量的特点，一般为几个欧姆。同时，变压
器中性点的绝缘水平也需进行论证核算。从图3可
图2直流电流对变压器励磁电流的影响变电站A变电站B变压器及输电线路等效直流电阻中性串接电阻器
A站地网接地电阻B站地网站间大地等接地电阻效直流电阻
A站、B站之间直流电位差
太阳耀斑活动导致地磁暴时，太阳风和射线流袭击地球，使地磁场的水平和垂直分量发生变化，在地球表面诱发电位梯度。当其作用于中性点接地变压器时，就会产生地磁感应电流，其频率在0.001Hz～0.01Hz之间，典型幅值为10A～15A，有的可达到200A[4]。
由直流输电和地磁暴产生的直流电流，当其通过变压器中性点接地点及输电线路组成的通路流经两侧绕组时，在变压器铁心内部产生一定的直流磁通，使得磁通在正、负半周明显不对称，发生偏移，从而产生直流偏磁。当变压器绕组无直流分量，励磁电流i（t）工作在铁心磁化曲线"（t）的线性段时，铁心中的磁通为正弦波，励磁电流也是正弦波（如图2中实线所示）。当发生直流偏磁时，励磁电流工作在铁
直流偏磁
会提高磁滞曲线的工作点，导致饱和，产生谐波直流输电如果发生发生接地故障会产生地电流流入交流变压器中性点，从而造成交流变压器铁心饱和高压直流输电中环流变压器中的直流电流分量，可以造成直流偏磁。
还有地磁引起的直流偏磁。
变压器绕组中流过直流电流和交流电流的叠加成分时,会由于直流偏磁现象而发热并且伴随着温升提高、空间杂散磁密增加、绕组损耗增大等现象直流偏磁对变压器的主要影响是绕组电阻损耗与铁心损耗增加造成的过热,其中绕组电阻损耗更大,并导致绕组发热增加。
直流偏磁和太阳风暴辐射到地球的离子有很大关系,这个东西现在还是在研究中,加拿大好象在这方面下了工夫,我是去年才听说的这个名词,在一次国家电网集中招标中要求提供变压器的承受直流便磁能力(这里是指三相交流电力变压器),经过请教专家,认为5A以下根本不用考虑一、直流偏磁现象产生的原因在线运行的变压器绕组内产生较大的直流原因，可以由如下原因引起：（1）太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”。
地磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度，其大小取决于地面电导率和地磁风暴的严重程度，当这一低频且具有一定持续时间的电场作用于中性点接地的电力变压器时，将在绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.01~1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可以近似看成直流。
其值较大，但持续时间短。
（2）直流输电线路与交流输电线路的并行运行或交流网络中存在电压电流关系曲线不对称的负载。
直流输电系统常常采用单极运行方式，因为可以利用大地这个良导体，省去一根导线而节约成本。
由于地下长期有大的直流电流流过，因而在其换流站周围一定区域中会产生地表电流，与其并行运行的交流输电系统变电站中的变压器如果距离换流站不远，就会受到干扰，这种干扰作用的直接表现就是通过交流变压器的接地中性点在交流变压器的励磁电流中产生直流分量。
其值较小，但持续时间较长。
二、直流偏磁对变压器的影响直流磁通造成变压器铁心每隔半个周期出现较严重的磁饱和，励磁电流高度畸变，产生大量谐波，变压器无功损耗增加，铁心损耗增加，噪音和振动增大。
直流偏磁简介
直流偏磁1 背景高压直流(HVDC）输电系统在我国正得到越来越广泛的应用。
为了实现远距离或超远距离大容量送电,将有更多高压甚至特高压直流工程建成并投入运行。
实践证明，直流输电在一定条件下，是具有很大的经济效益。
交直流混合运行的电网结构使得交直流系统之间的相互影响越加明显,对南方电网而言尤为突出[1]。
而在HVDC运行过程中发现，双极两端中性点接地直流换流站接线方式广泛运用到远距离的高压直流输电领域中。
虽然正常运行时两极电流相等，地回路中的电流为零，但是只要是运行过程中两极的电流不相等（采用单极运行、双就极电压对称电流不对称或者双极电流电压均不对称方式运行），接地极都会有电流流过，在直流输电线路和大地间形成回路，造成直流偏现象。
[2]在我国，110kV 及以上电压等级系统中性点采取直接接地。
如果出于不同地点的变电站的中性点点位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由于一个变电站（变压器中性点）流入，在另一个变电站（变压器中性点）流出，继而产生直流偏磁。
在电网中，很多变压器都受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极[3]。
事件初期，曾经怀疑主要是换流站的谐波电流所致，之后逐渐将注意点集中到中性点接地变压器的直流偏磁上，为了验证这些变压器正是受到了直流偏磁的影响,工程上也采取不少的方法。
直流偏磁问题在20世纪80年代后期开始引起国内外研究者的重视并陆续开展了相关研究。
有关的抑制措施也曾有工程应用。
然而,截至目前,工程应用中仍未有简单、实用、可靠的解决方案,也没有长期可靠的运行经验做支撑。
本文将主要介绍一下直流偏磁产生的原因、现象、危害及抑制措施等。
2 直流偏磁产生的原因2.1 直流偏磁的产生机理[4]变压器的铁心是由0.3 至0.35mm 的硅钢片叠成，因硅钢片的磁化曲线成非线性，使铁心磁通φ与通入磁化线圈的电流i 成非线性，即φ=f（i）成非线性关系，如下图2.1(b)所示，在设计变压器时，为了充分利用铁磁材料，使变压器额定运行时主磁通φ运行于如图2.1(b)中的线性区端点A 点。
直流偏磁影响评估与治理技术
地
极
电
流
Ie 地表
电位
A 站 主 变
A变站 地网直 流电阻
偏置电流I
B 站 主 变
B变站 地网直 流电阻
A站地电位 B站地电位
A站到接地 极距离
B站到接地 距离(km) 极距离
3
一、直流偏磁产生原因 二、直流偏磁的危害 三、直流偏磁的评估 四、直流偏磁的抑制
主要内容
4
• 产生谐波 • 增加无功损耗 • 局部过热 • 振动、噪声加剧 • 影响互感器特性 • 继电保护系统故障
0.54
4
2
3
1
2
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推5
1
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1
3
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荐 16
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3
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0
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1.14
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一、直流偏磁产生原因 二、直流偏磁的危害 三、直流偏磁的评估 四、直流偏磁的监抑控制
主要内容
22
380 喀什
俄罗斯
俄罗斯
15105000
呼伦贝尔能源
治理 统筹兼顾，综合治理 之本 协调规划、建设、运行与改造各阶段的不同需求
交直流特高压 同步落地的
10
上海电科院对长三角地区已开展了10多年的直 流偏磁影响方面的研究，通过仿真计算和实测，掌 握了上海地区直流偏磁的影响情况。
三、直流偏磁的评估
概况
直流地电位分布图 11
直流偏磁原理
直流偏磁原理嘿，咱今天就来唠唠直流偏磁原理！你说这直流偏磁啊，就好像是一个爱捣乱的小淘气。
咱平常生活里不是有磁铁嘛，那直流电流呢，就跟个小魔法师似的，能让铁芯之类的玩意儿带上磁性。
这就好比啊，本来铁芯是个老老实实的“乖孩子”，可这直流电流一来，就把它给带偏啦，让它也变得有磁性啦！你想想看，这铁芯要是被偏磁了，那可不得了。
就像本来走得好好的路，突然有人给你使绊子，让你走得歪歪扭扭的。
这在很多电器设备里可就是个大问题呀！比如说变压器，要是有了直流偏磁，那它工作起来可能就不灵光啦，嗡嗡响个不停，好像在抱怨呢！那这直流偏磁是咋来的呢？这原因可多了去了。
就像咱生活里遇到的各种麻烦一样，来源五花八门的。
比如说，有时候是附近的直流输电线路捣的乱，它那直流电就偷偷摸摸地影响到了其他设备。
还有的时候呢，是一些不太靠谱的接地系统惹的祸，就像一颗老鼠屎坏了一锅粥。
这直流偏磁的影响可不能小瞧啊！它能让设备发热，就像人发烧一样，浑身不舒服。
而且还可能让设备的性能下降，本来能干很多活的，这下可好，干不了啦！这不是耽误事儿嘛！那咱咋办呢？咱就得想办法对付这个小淘气呀！就像咱对付生活里那些捣乱的家伙一样。
可以从源头抓起呀，把那些产生直流偏磁的因素给找出来，然后想办法解决掉。
或者给设备装上一些防护装置，就像给咱自己穿上铠甲一样，让直流偏磁没法轻易捣乱。
你说这直流偏磁是不是很让人头疼？但咱可不能怕它呀！咱得勇敢地面对，想办法解决。
就像咱面对生活中的困难一样，不能退缩，得勇往直前！反正我是觉得，只要咱用心去研究，去想办法，就一定能搞定这个直流偏磁，让那些电器设备都能好好工作，为咱服务！这直流偏磁原理虽然有点复杂，但咱也不能被它吓倒呀，对吧？咱得把它搞清楚，让它乖乖听话！。
简析直流偏磁条件下变压器铁心振动问题
简析直流偏磁条件下变压器铁心振动问题1. 引言1.1 研究背景现代电力系统中，变压器作为电能传输的关键设备，在其运行过程中可能会出现各种故障问题。
直流偏磁条件下变压器铁心振动问题一直备受关注。
直流磁场的存在会导致变压器铁心发生磁饱和，从而引起铁心振动，进而影响整个系统的稳定性和安全性。
在过去的研究中，人们主要关注于交流偏磁条件下的变压器运行问题，而忽视了直流偏磁条件下的振动问题。
而事实上，直流偏磁条件下的变压器铁心振动问题在一定程度上比交流偏磁条件下更为复杂和严重，因此有必要深入探讨其机理和影响因素。
了解直流偏磁条件下变压器铁心振动的机理和特征，对于提高电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
本文旨在通过分析直流偏磁条件下变压器铁心振动的机理、特征以及影响因素，探讨相应的抑制方法，并进行实验研究，最终总结问题并展望未来研究方向。
1.2 问题提出在直流偏磁条件下，变压器铁心振动问题一直是电力系统中的研究热点之一。
随着电力系统的发展和电力设备的不断升级，直流偏磁条件下变压器铁心振动的问题日益凸显。
变压器作为电力系统中不可或缺的重要设备，其铁心振动问题不仅会影响设备的正常运行，还可能给电力系统的稳定性和安全性带来隐患。
深入研究直流偏磁条件下变压器铁心振动问题，探讨其机理与特征，寻找相应的解决方法，对于提高变压器的运行效率和电力系统的稳定性具有重要意义。
在直流偏磁条件下，变压器铁心振动问题的确切原因及影响因素值得深入探讨。
当前关于直流偏磁条件下变压器铁心振动问题的研究还存在一定的空白和不足之处，因此有必要开展深入的研究，以期为解决该问题提供理论支持和技术指导。
通过对变压器铁心振动问题的深入研究，可以为电力系统设备的设计、运行和维护提供更为完善的技术支持，提高整个电力系统的可靠性和稳定性。
1.3 目的引言中关于目的的内容如下：在直流偏磁条件下，变压器铁心振动问题已经引起了广泛关注。
本文旨在通过对直流偏磁条件下变压器铁心振动机理的深入分析，揭示其振动特征、影响因素和抑制方法，为解决这一问题提供理论支持和技术指导。
概述直流偏磁对变电站的影响及预防措施
概述直流偏磁对变电站的影响及预防措施摘要：直流偏磁现象是由于电力系统中变压器接地中性点间存在直流电位差而产生的。
在高压直流输电过程中，由于单极大地方式运行产生的直流电场或者太阳磁暴产生的地磁感应中电流的直流成分对中性点接地系统变压器的正常运行造成很大影响。
本文从直流偏磁的产生机理入手，着重介绍了对变电站的影响及预防措施。
关键词：变压器中性点；高压直流输电；直流偏磁一、引言随着高压直流输电（HVDC）技术在国内电网中越来越多地应用，由于其输送容量大、输送距离远、调节迅速、运行灵活，HVDC在远距离大容量输电、区域电力系统互相连接中起到了十分重要的作用，但也带来了一些新问题。
自2000年12月开始，南方电网大亚湾核电站发现主变压器时常出现噪声异常及增大的情况；2003年初因三龙直流输电启动调试导致江苏电网出现明显的直流电流；天广直流单级大地调试中，附近的电厂、变电站也有类似的情况发生。
因此需要对产生该现象的原因——直流偏磁进行研究并找出应对措施。
二、直流偏磁产生原因及对变压器的危害（一）直流偏磁产生的原因分析当高压直流输电运行在单极大地回线或双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，该电位和高压直流输电输送的电流大小和该处的土壤电阻率有关。
高压直流输电输送的电流越大，土壤的电阻率越高，电位也就越高。
不同位置的接地变压器的中性点之间犹豫存在着直流电势差且交流系统的电阻值很小，从而使流过接地变压器中性点，在交流系统中形成了回路。
当流过接地变压器中性点的电流过大时，变压器会发生直流偏磁进而导致谐波增加、噪声增大、过热等问题，严重时会引起变压器的损坏，并可能引起保护误动。
大多数的直流输电工程有四种接线方式：双极两端中性点接地大地回线、单极大地回线，单极金属回线，单极双导线并联大地回线方式。
后两种方式用的比较少，在这里就不做说明了。
直流输电一般需要一个直流高压极线与大地构成回路，只能以大地返回的方式运行。
在双极两端中性点接地方式下运行时，如果双极对称运行，则两极流经接地极的电流基本互相抵消，接地极电流很小，如果双极不对称运行（主要指电流不相等），则流进接地极的电流为两级电流之差。
直流偏磁
伊泰普水电站全貌
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1.2 研究现状
我国特高压输电技术研究始于 1986 年，在过去的20多年里，我国的科研机 构在特高压交、直流输电领域相继开展 了“远距离输电方式和电压等级论证”、 “特高压输电前期论证”和“采用交流 百万伏特高压输电的可行性”等研究。 2006 年 8 月，国家电网公司特高压 直流试验基地奠基于北京中关村科技园 区昌平园XX
2.3 国内外研究现状
国内南方电网技术中心的赵杰等论证了在变压器中性 点串接电阻器限制地中直流流入的可行性，并从抑制效 果和继电保护角度分析校核了中性点电阻器对系统造成 的影响。 华北电力大学的马玉龙等在分析直流网络的基础上提 出了基于伴随网络的接地电阻优化配置方法。 国网武汉高压研究院的杜忠东等人提出了直流电位补 偿法原理，并进行了试验验证。
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2.3 国内外研究现状
美国国家航空和宇宙航行局发射了 名为ACE(Advaneed Composition Explorer)的卫星对 太空气象进行监测,卫星捕捉到带 电粒子运动情况。从这些数据预估 电力系统所处区域的GIC的分布情 况、地磁扰动的剧烈程度、广度等 ,取得了一定进展。 芬兰对中性点串电阻抑制变压器直 流偏磁取得一些成果并应用与实际 工程中。加拿大魁北克电力公司于 1996 年对芯式变压器允许直流电 流进行了相关研究。
由于特高压直流输电系统采用大地作回路，加上地磁“风暴”引起的地 磁感应电流的作用，产生的直流偏磁对整个系统的影响如下，主要是针对 换流变压器而言的。
直流偏磁造成 励磁电流增大 变压器振动增 大 噪音加剧
变压器损耗增 加
引起局部过热
系统电压下降， 电压波形畸变
学习笔记之直流偏磁 王鹏宇
学习笔记之直流偏磁一、主变简介主变为天威保变电气股份有限公司制造的SFP—720MWA/500KV型三相一体式、双绕组、无载调压、强迫油循环风冷、铜绕组变压器，额定电压比550＋2×2.5%/20KV，额定电流756/20785A,采用YN，d11连接方式，共6+1组风扇，高压中性点直接接地。
高压侧采用500KV架空线接入500KV升压站，20 KV侧为全连离相封闭母线，绕组绝缘耐热等级为A级。
变压器铁芯和较大金属结构零件均通过专用接地装置可靠接地，接地处均有明显接地符号“〨”字样。
正常电气巡检时，偶尔会遇到主变声音异常增大，且与机组负荷无直接关系。
就地检查冷却器运行正常，各出线套管无发热、闪络现象，触摸变压器本体，无明显发热及振动增加。
联系盘前值班员，未发现主变电流、温度异常，经电气专工检查后认为是直流偏磁引起主变振动加大，暂不影响正常运行，加强巡检监视。
二、直流偏磁产生原因1、太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁风暴。
地球磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度，其大小取决于地面电导率和地磁风暴的严重程度，当这低频且具有一定持续时间的电场作用于中性点接地电力变压器时，将在绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.01~1Hz之间，与50Hz 的交流系统相比较，可以近似看成直流，其数值较大，但持续时间短。
2、直流输电线路与交流输电线路并行或交流网络中存在电压、电流关系曲线不对称负载时。
直流输电系统常采用单极运行方式，因为可以利用大地做良导体，省去一根导线而节约成本。
在单极大地回路运行方式或双极不平衡运行方式时，大地作为直流输电回路，流通的电流为直流输电系统的运行电流。
由于地下长期有很大直流电流流过，在其换流站周围一定区域中会产生地表电流，与其并行的交流系统变压器就会受到干扰，这种干扰的直接表现就是通过交流变压器接地中性点在变压器励磁电流中产生直流分量。
当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起铁心磁饱和，从而导致励磁电流波形发生畸变，从而引起变压器发生直流偏磁，其数值较小，但持续时间较长。
变压器直流偏磁抑制技术
直流偏磁现象的原因分析
地磁干扰：地磁场的变化可能在变压器中产生感 应电流，导致直流偏磁现象。
变压器内部故障：如绕组匝间短路等故障，也可 能导致变压器出现直流偏磁现象。
附近直流电源的影响：当变压器附近存在直流电 源时，可能通过电磁感应等途径导致变压器直流 偏磁。
以上内容详细描述了变压器的直流偏磁现象及其 产生的原因和影响。在实际运行中，需要采取相 应的抑制技术来减轻或消除直流偏磁对变压器的 不良影响，确保变压器的安全稳定运行。
在变压器附近设置感应线圈，通过调节 感应线圈中的电流，产生与偏磁相反方 向的磁场，实现主动抑制。
VS
励磁电流调控法
通过实时监测变压器的直流偏磁情况，反 馈调节变压器的励磁电流，以主动抵消偏 磁效应。
主动抑制技术的控制方法
闭环控制：采用传感器实时监测变压器 的直流偏磁情况，通过闭环控制系统调 节主动抑制装置的参数，实现精确抑制
对比结果
主动抑制技术在抑制效果和可靠性方面优于被动抑制技术，但成本较高；被动抑制技术成 本较低，但抑制效果和可靠性相对较差。因此，在选择抑制技术时需要根据实际情况进行 权衡。
06
直流偏磁抑制技术的发展趋势 与挑战
Chapter
直流偏磁抑制技术的发展方向
混合型抑制技术
结合多种抑制技术的优点，开发混合型直流偏磁 抑制技术，以提高抑制效果。
智能化抑制技术
引入人工智能、机器学习等技术，实现直流偏磁 抑制的智能化和自适应化。
新材料应用
探索新型导磁材料，以降低变压器的直流偏磁敏 感性，提高抗偏磁能力。
未来面临的技术挑战与问题
抑制效果与成本平衡
在提高抑制效果的同时，需要控制成本，实现技术与经济的双赢 。
多场景适应性
变压器直流偏磁抑制技术
并联电阻
通过在变压器励磁支路中 并联电阻来消耗直流电流 分量，从而抑制直流偏磁 。
磁通补偿
通过在变压器铁芯中加入 额外的磁通补偿线圈，以 产生与直流磁通相反的磁 通，从而抵消直流偏磁。
磁性材料法
磁性材料屏蔽
利用高导磁率的磁性材料制成屏蔽层，将变压器铁 芯包裹在内，以减小直流磁通对铁芯的影响。
磁性材料补偿
优化建议二
采用磁屏蔽技术。在变压器周围设 置磁屏蔽，可以防止直流偏磁对变 压器的影响。
优化建议三
采用电流补偿技术。通过在变压器 励磁电流中加入补偿电流，可以抵 消直流偏磁引起的电流变化，从而 降低变压器损耗。
05
结论与展望
Chapter
研究结论
变压器直流偏磁抑制技术可以有效防止变压器发生直流偏磁现象，提高电力系统的 稳定性。
利用高导磁率的磁性材料制成补偿线圈，连接在变 压器励磁支路中，以产生与直流磁通相反的磁通， 从而抵消直流偏磁。
机械法
机械调整
通过调整变压器的机械结构，改变铁 芯的静态和动态磁路，从而减小直流 磁通对铁芯的影响。
机械振动
通过在变压器铁芯上施加机械振动， 使铁芯在振动过程中产生动态偏移， 从而减小直流磁通对铁芯的影响。
变压器直流偏磁抑制技术
汇报人： 日期:
目录
• 变压器直流偏磁概述 • 变压器直流偏磁抑制技术的基本原理 • 变压器直流偏磁抑制技术的实现方法 • 变压器直流偏磁抑制技术的效果评估与优化建
议 • 结论与展望
01
变压器直流偏磁概述
Chapter
变压器直流偏磁的定义
变压器直流偏磁是指变压器原边或副边绕组中感应出直 流电流的现象。
变压器直流偏磁抑制技术的原理
变压器直流偏磁问题的成因与危害
变压器直流偏磁问题的成因与危害:变压器直流偏磁问题的成因与危害直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量，导致变压器铁心半周磁饱和，变压器正常工作在交流过励磁情况下，变压器工作在磁化曲线非线性的区域，变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的铁心饱和程度增加，直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁变压器直流偏磁问题的成因与危害直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量，导致变压器铁心半周磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应[1-5]。
变压器正常工作在交流过励磁情况下，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，变压器工作在磁化曲线非线性的区域，励磁电流波形为尖顶波，且正负半波对称，变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的铁心饱和程度增加，另外半个周波的饱和程度减小，对应的励磁电流波形呈现正负半波不对称的形状。
直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，且电阻很小。
因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁势，该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。
引起变压器直流偏磁的原因各异，主要包括直流单极大地回线运行和地磁场扰动。
直流输电系统的在双极不对称或单极运行时，将有一定的直流电流通过直流系统接地极流入大地，同时在大地表面形成不等电位，这时直流电流可能通过变压器中性点进入变压器绕组，在变压器绕组中形成直流电流，变压器磁密工作点发生偏移，使变压器产生直流偏磁，严重危害电力系统的安全运行。
目前广东电网、江苏电网、贵州电网和宁夏电网的实际运行经验均表明，直流输电工程的入地电流对区域电网安全运行造成不利影响。
直流偏磁危害主要有以下几个方面:(1)变压器噪声和振动加剧由于变压器磁滞伸缩的原因，当变压器发生直流偏磁时，铁心的伸缩、振动幅度将增大，从而导致噪声增大;同时，由于磁滞伸缩产生的震动非正弦的，其噪声包含多种谐波分量，当某一分量与变压器构件发生共振时，噪声将更大，有可能导致变压器内部零件松动、绝缘受损。
1000kV特高压变压器直流偏磁的研究与抑制
1000kV特高压变压器直流偏磁的研究与抑制摘要：近年来，超高压直流输电以其高效、经济性的特点在我国长距离输电中得到应用，我国超高压直流输电技术已达到了国际领先水平。
随着越来越多的直流输电线路投入运行，我国电网呈现交、直流系统共存的新局面。
直流输电单极大地回路以及双极不平衡运行方式下，将会导致电网内距离直流换流站较近的交流变电站变压器压器中性点直流电流过大。
直流偏磁现象造成变压器噪声增大、振动加剧、系统谐波、损耗增加、线圈过热等问题的出现等，严重时能造成变压器损坏。
关键词：特高压变压器，直流偏磁，偏磁电流，隔直装置。
引言：本文介绍了直流偏磁产生的原因以及对交流变压器的影响，通过计算偏磁电流值分析是否需要增设隔直装置，并比较不同原理变压器中性点隔直装置优缺点，总结了电容器隔直装置对直流偏磁的抑制效果，提出解决方案和措施。
1、研究背景锡盟江苏泰州±800kV特高压直流输电工程接地极位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市朝克苏木境内。
大唐锡林浩特电厂位于朝克接地极南59.8km、西15.8km处，与1000kV胜利变连接。
1000kV胜利变位于朝克接地极南53.4km、西3.5km处。
当直流系统单极-大地回路方式运行时，6250A的直流电流在1000kV胜利变和大唐锡林浩特电厂形成不同的地电位，如果两端变电站均没有采取隔直措施，将在该两端变压器中流过直流电流，对变压器铁芯构成直流偏磁。
大唐锡林浩特电厂主变为特变电工沈阳变压器集团有限公司生产的DFP-270000/1000型单相电力变压器，正常在5分接位置运行，额定容量270MVA，额定电压（1100/-4×1.25%）/22 kV，高/低压侧额定电流447.5/12272.7A，接线组别为YNd11(三相），短路阻抗14.18%。
高压绕组单相直流电阻为0.9750Ω，低压绕组单相直流电阻为0.0007247Ω，接地网工频接地电阻为0.2Ω。
直流偏磁之我见
直流偏磁之我见摘要：1 直流偏磁产生的原因电力变压器中的“直流偏磁”是指由于某种原因导致的直流磁势或直流磁通，以及由此引起的一系列电磁效应，主要发生于如图所示的变压器变压器形式（Y0d 接法）及系统连接中。
在线运行的变压器绕组内产生较大的直流分量，可以由如下原因引起:1.1 太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”地磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度。
在地面电导率较小的地区，当发生严重地磁风暴时，这种电位梯度可达每公里几伏至上百伏，持续时间可为几分钟到几小时，这一低频且具有一定持续时间的电场作用于输电系统中中性点接地的电力变压器时，地表电位梯度将在其绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.001～1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可看作近似的直流，其值可达80～100A 以上,在一些自耦变压器中已测得地磁感应电流每相超过200A。
地磁风暴影响电信系统最早于1846年在英格兰被注意到,而电力系统干扰与地磁现象的联系直到1940年才在美国被报道，这一现象在近几十年中曾多次发生，但直到1989年3月13日，严重的地磁干扰影响了世界范围的电力和通讯系统，这才引起人们的重视。
这次干扰造成加拿大魁北克水力发电中断；美国东海岸发电站的大型升压变压器被毁，其中连接两个低压绕组导线的铜接头烧毁；磁暴期间有8台自耦变压器出现不同程度的过热, 其中一台因严重的油箱过热而损坏。
美国IEEE输配电委员会从1990年至1993年，每年召开专题研讨会，专门成立了“地磁干扰及其对电力系统的影响”研究小组，并于1993年提出了有关研究报告[3]。
研究表明较大的地磁波动会引起电力系统出现不寻常的无功和有功波动、极度的电压波动、频移、不必要的继电器操作、变压器三角形绕组中三次谐波电流增加以及通讯、远程监测和监督管理报警误动作。
我国幅原辽阔，在一定地区存在地磁感应电流的可能性是存在的。
国内对Glc问题的研究开始于20世纪90年代后期。
中性点直流偏磁对变压器的影响及抑制措施
中性点直流偏磁对变压器的影响及抑制措施工作点发生变化，处于非线性饱和区。
励磁电流呈现非线性，使系统电压出现畸变，造成电压波动。
如果铁心磁路饱和，励磁电流呈现尖峰波形，以确保主磁通仍然为正弦波。
该种背景下，励磁电流具备基波分量im1和三次谐波分量im3，具体表示方式如下：三相三次谐波的幅值和相位都相同，Y形接线中，三次谐波不具备流通性，且增加变压器的无功损耗，降低系统电压，使继电器误动。
2.3 损耗增加和升温直流偏磁会增加变压器的励磁电流度，使变压器磁通过度饱和。
励磁电流处于磁化曲线的饱和区域内，增加变压器的漏磁通。
漏磁通流经变压器的油箱、压板和夹件等，增加涡流损耗，使金属和邮箱过热。
如果铁心磁通密度增加，也会增加该损耗[1]。
2.4 影响电网稳定性如果变压器的励磁电流滞后系统90 °，会导致无功功率损耗。
通常情况下，它的损耗比较轻微。
但是，如果无功功率急剧增加，就会产生大量无功损耗，并增加输电线路损耗。
如果铁芯中，磁通密度处于饱和状态，会对励磁电流波形产生干扰，增加其峰值，导致继电保护装置误动作，不利于电网稳定运行。
3 中性点直流偏磁抑制措施3.1 装设电容隔直装置电容隔直装置电气结构原理，如图1所示。
该装置主要由隔直装置主设备（成套装置箱体、电容器、晶闸管、旁路开关、数字监控装置及交直流CT、PT）和远方监控系统构成。
隔直装置的基本原理是在电容器的两端并联一个晶闸管及机械开关旁路装置，置于变压器中性点实现直流电流的抑制作用，利用与电容器并联的状态转换旁路开关实现隔直装置直接接地运行状态和电容接地运行状态的转换。
当变压器中性点检测到越限的直流电流时，将状态转换开关断开；当变压器中性点直流电流消失时，延时将状态转换开关闭合。
在电容接地运行状态下，当交流系统发生三相不平衡故障时，将有可能在电容器两端产生高电压。
装置通过大功率晶闸管实现过电压快速旁路保护，并驱动状态转换开关闭合实现中性点金属性接地。
变压器直流偏磁
第一章绪论1．1直流偏磁的来源和认识1．1．1直流偏磁的来源直流偏磁是指变压器的一种非正常工作状态，是指在变压器励磁电流中出现了直流分量【1】。
直流偏磁的产生有很多原因，太阳磁暴也是其中的一种，直流偏磁将导致变压器的温度升高，噪声增加和振动加剧等目题，在变压器运行中必须引起注意。
在高压直流输电过程中，直流偏磁电流的产生原因有两种，一种是由于太阳磁暴产生的地磁感应电流，这种地磁感应电流的频率很低，一般情况下，这种地磁感应电流的频率为0．01一O．1Hz，相对于工频电流来说，可以作为准直流电流来处理[2]；另一种是交直流电网共同运行的时候，尤其是当高压电网采用单极大地回路方式运行的时候，由于各个接地点之间存在一定的电位差，这个电位差会使褥从变压器一次侧的中性线向变压器注入一定的直流电流。
这些直流电流对于电力变压器的运行会产生很大的影响[3]。
在高压直流输电中，线路一般都采用单极大地回路的方式运行，例如天广输电网就是采用这种运行方式，直流单极大地回路运行方式受到直流偏磁影响时，会使得电网内部部分变压器振动加剧，噪声增加，三广直流输电线路投运以后类似事件一直出现。
在电网中，很多变压器都受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极【4】。
事件初期，曾经怀疑主要是换流站的谐波电流所致，之后逐渐将注意点集中到中性点接地变压器的直流偏磁上，为了验证这些变压器正是受到了直流偏磁的影响，在实际工程中采用了这样的方法：在检测电网及电厂变压器振动噪声与诣波的同时，也检测中性线直流电流的大小，希望从中找到线索。
然而，在进行检测中性线中的直流电流之前，应当明确下面的几个问题：大地电流如何流入变压器的中性线?其大小又与哪些因素有关?直流偏磁是否影响变压器的安全运行?如何有效消减变压器中性线中的直流电流?对于上面的这4个问题，人们J下在努力地寻找答案。
由于单极大地回路运行方式被很多国家认为是直流输电的主要运行方式之一，而建设与规划中的南方电网将有更多的直流线路投入运行，这部分直流输电线路采用的币是单极大地回路运行方式，所以研究大地直流对于交流系统的干扰，并且在此基础上提出消减大地直流对于交流设备安全影响的工程方案已经刻不容缓[5】。
换流变压器直流偏磁噪声
研究新型的冷却技术，如液体冷却，以减小因温 升导致的噪声。
直流输电系统的优化设计
磁场优化设计
通过优化变压器线圈的排布和匝数，降低磁场不均匀性，从而减 少噪声。
结构优化设计
改进变压器结构，如采用更合理的磁屏蔽、声学滤波器等，以降低 噪声的传播。
控制策略优化
研究更为精确的电流控制策略，以减少直流偏磁导致的噪声。
直流偏磁噪声的物理机制
磁场与电流的相互作用
当直流电流在变压器 绕组中流动时，会产 生直流磁场。
磁通量变化会导致铁 芯饱和，进而产生噪 声。
这个直流磁场与交流 磁场相互作用，导致 铁芯中的磁通量发生 变化。
铁芯的磁化过程
铁芯的磁化过程受到交流磁场和直流 磁场的影响。
随着磁通密度的增大，铁芯逐渐趋向 饱和状态，使得磁化电流急剧增加。
实验设计与实施
实验目的与假设
明确实验的目的和假设，例如验证某种抑制直流偏磁噪声的方法的有 效性。
实验设备与条件
准备必要的实验设备和条件，如换流变压器、直流电源、控制器等， 确保实验的顺利进行。
数据记录与分析
在实验过程中详细记录各项数据，包括输入输出电压、电流、温度、 噪声信号等，并使用统计分析方法对数据进行分析和处理。
3
噪声隔离器
在变压器外部安装噪声隔离器，将变压器产生的 噪声隔离在变压器内部，避免对外部环境造成影 响。
控制策略的改进
实时监测与控制
01
通过实时监测变压器的运行状态和直流偏磁情况，采用适当的
控制策略来减小或消除直流偏磁噪声。
参数优化
02
对变压器的设计参数进行优化，如励磁电流、线圈电阻等，以
减小直流偏磁噪声的影响。
换流变压器直流偏磁噪声
换流变压器直流偏磁噪声汇报人：日期:•换流变压器直流偏磁概述•直流偏磁噪声的机理与特性•直流偏磁噪声的抑制措施•直流偏磁噪声的检测与评估目•直流偏磁噪声研究展望与建议•工程实例分析录换流变压器直流偏磁概述0102产生大量谐波直流偏磁会导致换流变压器损耗增加，进而影响电力系统的效率和经济性。
变压器损耗增加变压器过载研究意义与现状目前，国内外学者已经开展了大量关于换流变压器直流偏磁的研究工作，提出了多种抑制和补偿策略，但仍然存在一些亟待解决的问题。
直流偏磁噪声的机理与特性换流变压器的电磁特性直流偏磁对换流变压器的影响直流偏磁对换流变压器的影响偏磁电流对换流变压器性能的影响直流偏磁噪声的产生机理换流变压器的电磁分析直流偏磁噪声的预测方法直流偏磁噪声的产生机理直流偏磁噪声的特性分析直流偏磁噪声的特性分析直流偏磁噪声的测量方法直流偏磁噪声的抑制措施改变换流变压器的结构总结词改变换流变压器的结构是一种有效的抑制直流偏磁噪声的方法。
详细描述通过改变换流变压器的结构，可以改变其磁路分布，从而减少直流偏磁产生的噪声。
具体来说，可以通过优化磁芯的设计，如改变磁芯的形状、材质和尺寸等，来达到降低噪声的目的。
此外，还可以通过改进线圈的设计，如改变线圈的排布、优化电流分布等，来进一步降低噪声。
增加阻尼电阻总结词详细描述采用磁屏蔽结构可以有效抑制直流偏磁噪声。
总结词磁屏蔽结构可以阻止直流偏磁产生的磁力线穿过变压器，从而减少噪声的产生。
具体来说，可以在换流变压器的外部或内部设置一层或多层磁性材料，如硅钢片、坡莫合金等，以阻挡外部磁场对变压器的影响。
此外，还可以采用高导磁率的材料，如纳米晶合金等，以提高磁屏蔽的效果。
这种方法不仅可以降低噪声，还能够保护周围的电子设备和人身安全免受直流偏磁的影响。
详细描述采用磁屏蔽结构总结词采用电抗器可以有效地抑制直流偏磁噪声。
要点一要点二详细描述电抗器能够吸收换流变压器产生的噪声电流，从而减少噪声的产生。
变压器直流偏磁限值
变压器直流偏磁限值
变压器直流偏磁限值是指变压器所能承受的最大直流偏磁电流值。
直流偏磁是指变压器铁心中的磁通不是完全交变的，而存在着一个恒定的或几乎恒定的直流成分。
直流偏磁会引起变压器的铁损增加和磁通泄漏增加，从而影响变压器的工作性能。
变压器直流偏磁限值通常由制造商规定，以保证变压器的正常工作。
具体的直流偏磁限值取决于变压器的设计和制造工艺，一般来说，变压器直流偏磁限值的大小应根据变压器的额定容量和设计工作条件进行选择。
在实际应用中，为了避免变压器发生过大的直流偏磁，通常会采取一些措施，如使用特殊设计的变压器，增加磁通泄漏的阻抗等。
同时，也可以在变压器的运行过程中监测和控制直流偏磁电流，以确保变压器的安全运行。
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1.1 发展历史
特高压输电是在超高压输电的基础上发展起来的，国外研究特 高压输电至今已有将近四十年的历史。
美国、日本、前苏联、意大利和巴西等国于20世纪60年代末和 70年代初相继开始了特高压交、直流输电技术的研究，并建设了相 应的试验室及短距离试验线路。
国际电气与电子工程师协会（IEEE）和国际大电网会议（Cigre） 均在80 年代末得出结论：根据已有技术和运行经验，±800kV是 合适的直流输电电压等级，2002年Cigre又重申了这一观点。
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2 第二部分
直流偏磁研究概述
11
直流偏磁概述
目录
1 直流偏磁成因 2 直流偏磁的影响 3 国内外研究现状
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2.1 直流偏磁成因
定义：特高压直流输电换流站中的换流变压器“直流偏磁”是指由于某种原因导致 的直流磁势或磁通，以及由此引起的一系列电磁效应。 直流偏磁电流的产生原因主要有： 换流站中性点电位升高所产生的流经变压器中性点的直流电流
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伊泰普水电站全貌
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1.2 研究现状
我国特高压输电技术研究始于1986 年，在过去的20多年里，我国的科研机 构在特高压交、直流输电领域相继开展 了“远距离输电方式和电压等级论证”、 “特高压输电前期论证”和“采用交流 百万伏特高压输电的可行性”等研究。
2006年8月，国家电网公司特高压 直流试验基地奠基于北京中关村科技园 区昌平园东区。
2.3 国内外研究现状
目前，国内外在该领域的 研究主要在于分析变压器中 性点直流电流入侵后的变压 器本体运行特性以及中性点 直流电流的隔离措施。
国外十分重视GIC对直流 偏磁的影响研究，而国外对由 直流输电单极运行引起变压器 直流偏磁的研究较少。
国内对GIC的研究较少, 但直流输电系统引起的变压 器直流偏磁相关的研究较多。
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1.3 技术特点
在我国特高压电网建设中，将以1000kV交流特高压输电为主形成特 高压电网骨干网架，实现各大区电网的同步互联；±800kV特高压直流 输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工程。
特高压直流输电的主要技术特点。与特高压交流输电技术相比， UHVDC的主要技术特点为：
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2.3 国内外研究现状
美国国家航空和宇宙航行局发射了 名为ACE(Advaneed Composition Explorer)的卫星对 太空气象进行监测,卫星捕捉到带 电粒子运动情况。从这些数据预估 电力系统所处区域的GIC的分布情 况、地磁扰动的剧烈程度、广度等 ,取得了一定进展。
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2.2 直流偏磁的影响
磁通曲线
变压器典型Φ-i曲线
励磁电流曲线
变压器直流偏磁原理图
虚线—有直流分量时的情况 实线—无直流分量时的情况
由图可见，有直流分量时 励磁电流发生了畸变，并且 是由变压器Φ-i曲线端部的非 线性引起的。
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直流偏磁对变压器的影响
在单极大地回路运行方式时，大地作为直流输电回路，流通的电流为直流输电系统的运 行电流,在其换流站周围一定区域内会产生地表电位，使周边中性点接地变压器在中性点产生 直流分量。
2020/6/3
2.1 直流偏磁成因
太阳表面黑子物质产生的太阳风和射线流袭击地球产生的磁暴
地磁场的变化在地球表面诱发电位 梯度，在地面电导率较小的地区，这一 低频且具有一定持续时间的电场作用于 输电系统中中性点接地的变压器时，地 表电位梯度将在其绕组中诱发地磁感应 电流。
（1）UHVDC系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电 力输送至负荷中心；
（2）UHVDC控制方式灵活、快速； （3）UHVDC的电压高、输送容量大、线路走廊窄。
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1.4 主要问题
我国±800kV 特高压直流输电面临以下问题： (1)电磁环境 (2)过电压与绝缘配合 (3)直流偏磁 (4)控制保护系统 (5)特高压交直流混合电网的稳定性
由于特高压直流输电系统采用大地作回路，加上地磁“风暴”引起的地 磁感应电流的作用，产生的直流偏磁对整个系统的影响如下，主要是针对 换流变压器而言的。
直流偏磁造成 励磁电流增大
变压器振动增 大
噪音加剧
变压器损耗增 加
引起局部过热
系统电压下降， 电压波形畸变
继电保护误动 作
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1.1 发展历史
20世纪80年代前苏联曾动工建设哈萨克 斯坦—俄罗斯的长距离直流输电工程，输送 距离为2400km，电压等级为±750kV，输 电容量为6GW。但由于80年代末到90年代 前苏联政局动荡，加上其晶闸管技术不够成 熟，该工程最终没有投入运行。
在特高压直流输电方面，之前世界上运行 电压等级最高的是巴西伊泰普±600kV级直 流输电工程，第一期工程已于1984年完成， 1990年竣工，运行正常。
该电流频率在0.001~1Hz之间，可 看作近似的直流，其值可达80~100A。
2020/6/3
2.1 直流偏磁成因
此外，产生直流偏磁电流的其他原因还有：
触发角不平衡 换流器交流母线上的正序二次谐波电压 在稳态运行时由并行的交流电流感应到直流线路上的基频电流 存在于交流网络中电压和电流关系曲线不对称的负载产生的直流分量
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1.2 研究现状
向家坝-上海±800kV特高压直流输 电示范工程是我国首个特高压直流输电 示范工程。工程由我国自主研发、设计、 建设和运行，是目前世界上运行直流电 压最高、技术水平最先进的直流输电工 程。国家发改委于2007年4月以发改能 源 【2007】871 号 文 件 核 准 ， 2008 年 5月开工建设，2009年12月12日通过 竣工验收并单极投入运行，2010年整 体工程完成试运行，投入商业运行。
西南交通大学
特高压直流换流站直流偏磁 问题研究
王璐伽 张讥培 刘桓成
刘伟迪 刘源
朱少波 何健
目录
1 特高压直流输电概述 2 直流偏磁概述 3 变压器直流偏磁研究
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1 第一部分
特高压直流输电概述
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
特高压直流输电概述
目录
1 发展历史 2 研究现状 3 技术特点 4 主要问题