变压器直流偏磁抑制方法的应用分析
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
抑制变压器直流偏磁风险的新构思
抑制变压器直流偏磁风险的新构思摘要：变压器直流偏磁的抑制措施是治理直流输电对交流电网不利影响的重要手段。
本文从分析现有的常规抑制方法出发，从均衡地表电位的角度提出抑制变压器直流偏磁风险的新构思。
采用分布式接地极可以在一定的程度上均衡地表电位从而缓解直流偏磁危害。
关键词：直流输电；直流偏磁；抑制措施；分布式接地极；均衡地表电位1 前言在我国直流输电工业蓬勃发展的今天，直流输电在非正常工况下的高幅值入地电流给交流电网内变压器带来了严重的直流偏磁危害，造成变压器谐波、振动、噪声和过热等问题，对变压器本体、继电保护设备和无功电容器造成严重的影响[1-2]。
入地直流电流引发变压器直流偏磁危害，故目前研究偏重于直流分布机理模型与仿真分析，研究结论认为过高的大地电阻率和庞大的交流电网是变压器直流偏磁危害的成因[3]。
采用抑制是治理变压器直流偏磁危害的最有效途径。
目前以变压器中性点串联电阻[4]/电容[5]方法、变电站接地网注入直流电流[6]等方法最为常见。
这些治理方法在取得良好应用效果的同时，也存在对交流电网内其他变电站的不利影响：如某一站点采用抑制措施后，与之有线路连接的变电站可能会出现变压器中性点直流电流增大的现象[7]。
尽管如此，交流电网总体的直流电流分布在采用抑制措施后仍显现总体下降趋势。
目前抑制措施仍然存在一定的局限性：变压器中性点串联抑制设备是单体方法，一台变压器需要对应一套设备，变压器中性点串联设备的制造和维护的成本巨大。
同样地，电流注入法是电位补偿方法，虽然一个变电站对应一套电流注入设备，但是其制造和维护的投资也是十分巨大的。
本文先对直流偏磁的常规抑制手段作补充分析，进而从直流极和变压器直流磁动势的角度探讨抑制变压器直流偏磁风险的新构思。
2 常规抑制措施的补充除去变压器中性点电阻/电容法、电流注入法外，其他的常规抑制方法主要有：变压器经小地网接地[9]2.1 变压器经小地网接地变压器经小地网接地方法的原理图如图3所示。
单相变压器直流偏磁及抑制措施分析
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄ Ｃ Ｂｉａｓ ａｎｄ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｍ ｅａｓｕｒｅ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｅｒ
Ｚｈａｎｇ Ｓｈｉｈｅｉ Ｓｕ Ｓｈｕａｉ２ Ｌｉｕ Ｑｉｎｇ２ （１．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｉａｎｊｉｎｇ ２ １ ００ １ ９；
ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｈｅａｔｅｄ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｙｏｋｅ ａｎｄ ｃｏｒｅ．Ｔｈｅ
ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ ｃｏｍ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｄ Ｃ ｃｏｍ ｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍ ｅｔｈｏｄ ｈａｖｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ＤＣ ｂｉａｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｅｒ．
Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ： Ｄ Ｃ ｂｉａｓ；ｕｎｉｆｉｅｄ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌ；ｔｒａｎｓｆｏｌｒｍ ｅｒ
直 流偏 磁是 变压器 由于 某种 原 因受 到直 流入侵 而 引起 其磁 通偏 向时间轴一 侧 。引起变 压器 直流偏 磁 主 要 的 原 因 有 ： 太 阳 活 动 引起 的 地 磁 暴 以 及 ＨＶＤＣ单极运 行方式 【１＿２］。 这 两种情 况下 ，在两 台接 地 变压器 中性 点之 问会 出 现 电位 差 ，引起变 压器 直
研 究 与 开 发
单相 变压 器直流偏磁 及抑 制措 施分析
张师赫 苏 帅 ２ 刘 青 ２
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制
SPWM全桥逆变器输出变压器直流偏磁的抑制相对半桥逆变器而言，SPWM全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。
在SPWM全桥逆变器中，为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值，一般在输出端接有交流变压器。
在SPWM控制的全桥逆变器中，因各种不可预见的因素，会导致输出变压器存在直流分量，引起单向偏磁现象。
偏磁可以说是SPWM全桥逆变器中的一种通病，只是在不同的场合严重程度不同而已。
变压器的偏磁，轻则会使变压器和功率半导体模块的功耗增加，温升加剧，变压器机械噪音大（变换器开关频率或调制频率在音频范围内时），严重时还会损坏功率模块，直接威胁到系统的正常运行。
为了防止或减少变压器中的直流分量，本文以逆变桥各桥臂与中点直流电压及变压器原边的直流电流作为反馈量来抑制直流偏磁。
采用这种方法设计的电路，经在1 0kHz/15kW的全桥逆变电源中应用，证明该电路有效、实用。
高频变压器偏磁机理偏磁是指加在变压器两端的正反向脉冲电压的伏秒乘积不等，从而造成变压器磁芯的磁滞工作回线偏离坐标原点的现象。
工作时变压器的磁感应强度可表示为：励磁电流Iμ的变化率为：式中，U1为变压器初级电压；Ae为铁心截面积；N1为初级绕组匝数；L0为变压器铁芯磁路长度；μ0为空气磁导率；μr为变压器铁心相对磁导率。
在SPWM全桥逆变器中，由式(1)可知，若输出变压器初级电压正负半周波对称，则正负半周波伏秒积相等，其正反向最大工作磁感应强度Bmax也相等，铁芯磁工作点沿着磁滞回线以中心对称地往复运动。
由图1所示的变压器磁芯磁化曲线可见，此时没有偏磁存在。
反之,若输出变压器初级电压正负半周波不对称，正负半周波伏秒积不相等，则正负半波磁感应强度幅值也不同，磁工作区域将偏向第一或第三象限，即形成直流偏磁。
从而导致变压器铁芯饱和，偏磁的持续积累最终会使铁芯进入深度饱和，磁工作点进入非线性区，铁心相对磁导率?滋r迅速减少。
直流偏磁对电力变压器的影响及其抑制方法
直流偏磁对电力变压器的影响及其抑制方法由于“西电东送”的需要、工业和城市的发展，高压直流换流站、金属冶炼厂和轨道交通系统逐渐增多，导致直流偏磁与变压器振动等问题日趋严重。
系统分析了直流偏磁产生的原因，直流偏磁对电力变压器的影响，以及直流偏磁的抑制方法。
标签：直流偏磁；电力变压器；高压直流输电0 引言直流偏磁是指直流电流注入变压器绕组中，导致变压器磁通中产生直流分量而导致的一系列电磁效应。
近年来，随着高压直流换流站、金属冶炼厂和轨道交通系统逐渐增多，直流偏磁导致的变压器振动等现象逐渐增加且日趋严重。
1 直流偏磁产生原因1.1 地磁暴当太阳发生耀斑等剧烈活动时，太阳产生高温等离子体高速向地球运动，导致地磁场发生剧烈变化，使大地表面产生低频（0.001～1Hz）感应电动势（ESP），处于不同电位梯度的接地变压器通过输电线和大地形成回路，回路中流过感应电流（GIC），由于感应电流频率较低，相对于工频来说接近于直流，因此可使变压器产生直流偏磁现象。
1.2 高压直流输电高压直流输电（HVDC）系统由于具有造价低、损耗小、稳定性高等优点，在远距离、大功率输电中得到越来越广泛的应用。
当系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，可能高达上千安的直流电流将通过换流站接地极流入大地，直流电流回路上的大地将产生电位梯度。
如果两个变电站均有变压器中性点接地并且其直流地电位有差异，直流电流将以变压器、大地和输电线为回路，从电位高的变压器中性点流出，从电位低的变压器中性点流进。
1.3 直流杂散电流杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。
直流杂散电流主要来源于轨道交通等直流电气化铁路、冶炼厂等直流电解系统和直流电焊系統等直流负荷。
直流杂散电流的流动导致回路上的大地产生电位梯度，不同电位梯度上的接地变压器中性点将流过直流电流。
2 直流偏磁对变压器的影响2.1 振动和噪音加剧当变压器中性点流入或流出直流电流时，直流电流将在铁芯中产生直流磁通，直流磁通与交流磁通叠加，使得一个半周的磁通大大增加，铁芯饱和，而另外一个半周磁通减小。
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
直流偏磁抑制装置在220kV变压器中的应用
直流偏磁抑制装置在220kV变压器中的应用根据磁链守恒原律，采取磁势等效法将串联绕组的电流等效为全绕组电流，解决了220kV变压器在采用隔直设备后直流电流由交流系统流入串联绕组的风险评估问题，拓展了《高压直流接地极技术导则》对直流偏磁影响的评估范围，保障了220kV变压器的安全运行。
标签：接地极；直流偏磁；直流偏磁抑制装置；安全0 前言±800kV哈密-郑州特高压直流工程（下简称天中直流），是国家实施“疆电外送”战略的第一条特高压直流输电工程输电线路，起点在新疆哈密南部能源基地，输电线路全长2210公里，输电能力将达800万千瓦，成为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”，承担着新疆火电、风电打捆外送的重要任务，具有远距离、大容量、低损耗、环保、节约土地资源等优点，有利于促进新疆能源基地的开发利用，实现大煤电的集约化开发，提高能源资源的开发和利用效益，缓解中东部地区的缺电局面。
1 直流偏磁的处理措施根据“新电办会（2014）111号文件-国网新疆电力公司直流偏磁治理措施讨论会会议纪要”内容，“220千伏能节烟墩北、山北变及天光电厂需对中性点接地进行隔直处理，即加装变压器中性点隔直装置”。
设备选型为安徽正广电电力技术有限公司生产的KLMZ型变压器中性点直流偏磁监测及隔离接地装置，该装置是安徽正广电与新疆电科院共同研制的产品，通过了西高所型式试验，获得型式实验报告。
通过高精度的16bit直流电流采样技术，配合一阶滞后滤波法和加权滑动平均滤波法来处理采样信号，提高了小电流测量精度；通过隔直电容器并联氧化锌阀片和高速旁路开关，一方面实现了对变压器中性点直流电流的隔离，另一方面在系统发生不对称短路时，触发氧化锌导通以限制电容两端的电压，并在短路电流的第一个过零点时刻，通过高速旁路开关相控合闸将短路电流分流到开关里，实现了对隔直电容器和氧化锌的保护。
2 改造方案下图安徽正广电生产的KLMZ型隔直装置的一次原理图。
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
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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
直流输电及磁暴引起的变压器直流偏磁问题的研究
直流输电及磁暴引起的变压器直流偏磁问题的研究引言随着电力行业的发展，直流输电技术成为了越来越多国家和地区的选择。
与交流输电相比，直流输电具有输电损耗小、传输能力强、对输电线路的限制小等优势。
直流输电系统中存在着一些问题，其中之一就是直流偏磁问题。
磁暴引起的地磁扰动也会对变压器产生直流偏磁影响。
为了解决这些问题，需要开展深入的研究和分析。
直流输电系统中，由于负极极性与地之间存在电位差，形成了直流地极电流。
这些地极电流会通过地线或其他途径进入交流系统，对变压器绕组产生直流偏磁。
当变压器绕组出现直流偏磁时，会引起线圈饱和、谐波失真、过热甚至损坏等问题，对输电系统的安全稳定运行会产生不利影响。
为了解决直流输电引起的变压器直流偏磁问题，研究人员提出了一系列解决方案。
通过在变压器绕组中设置直流补偿线圈、采用特殊的变压器结构设计、增加屏蔽结构等方法来减少直流偏磁对变压器的影响。
也可以通过改变输电系统的接地方式、增加电位补偿装置等手段来减少直流地极电流的产生，从而减少直流偏磁的影响。
二、磁暴引起的地磁扰动对变压器直流偏磁的影响磁暴是指地球磁层发生剧烈扰动的现象，通常由太阳风携带的高能粒子或太阳耀斑等引起。
磁暴期间，地球磁层会发生剧烈的扰动，导致地磁场的短时变化。
这种地磁扰动也会对变压器产生直流偏磁的影响。
研究表明，磁暴期间地磁场的瞬时扰动会导致变压器绕组产生直流偏磁。
这是因为地磁扰动会诱发变压器绕组中感应电动势，产生交流磁通变化，从而引起绕组中的直流偏磁。
在磁暴期间，变压器直流偏磁的影响可能会比平时更为显著，对变压器的稳定运行造成一定影响。
针对磁暴引起的地磁扰动对变压器直流偏磁的影响，需要加强对变压器的监测和控制。
可以通过增加磁暴监测系统，及时预警并采取相应的调整措施，减少变压器直流偏磁的影响。
还可以通过优化变压器设计，增加屏蔽结构等方式来减少地磁扰动对变压器的影响。
三、研究展望结论直流输电及磁暴引起的变压器直流偏磁问题对电力系统的安全稳定运行具有一定的影响。
直流偏磁对500kV变压器运行影响的分析及处理
直流偏磁对500kV变压器运行影响的分析及处理摘要：高压直流输电在“单极-大地回路”运行方式下，通过换流站接地极流入大地中的直流电流会产生直流偏磁，直流偏磁对周围运行的变压器可能带来不利影响。
南方电网普桥直流输电工程受端距离阳江核电厂较近，在普桥直流输电工程入运行调试前，测试了对阳江核电厂500kV主变压器的影响情况。
最终阳江核电厂在主变压器中性点接地回路上加装了一套抑制直流偏磁装置，解决了问题。
关键字：高压直流输电；直流偏磁；主变压器中性点；噪声；振动一、直流入地电流对中性点直接接地变压器的影响原理介绍高压直流输电在系统调试与故障情况下会处于“单极-大地回路”运行方式，此运行方式以大地为回路，电流由接地极流入大地，这些电流在地中形成的电流场在很大范围内造成了地电位明显的差异，即各变电站之间存在地电位差，当变电站变压器中性点接地时，交流系统中就会有直流电流流过[1]。
原理如图1所示：图1 直流入地引起主变压器直流偏磁现象原理图在图1中，当直流输电系统通过接地极向大地流入直流电流（Ie）时，在接地极周围会产生直流地表电位，离接地极近的A变电站地电位比离接地极远的B变电站的地电位要高，形成电位差。
当相互联络A、B变电站中的变压器中性点直接接地时，处于不同直流电位的A、B变电站会经输电线路、变压器绕组及大地构成直流回路产生直流。
直流电流流入变压器绕组时，会在变压器铁心内部产生一定的直流磁通，使变压器主磁通在正负半周明显不对称，发生偏移，从而产生直流偏磁。
二、直流偏磁对在运变压器的危害直流分量通过变压器中性点或者输电线路流入变压器绕组时，给变压器励磁电流叠加一个直流分量，在变压器铁心内部产生一定的直流磁通，使变压器主磁通在正负半周明显不对称，发生偏移，产生直流偏磁。
直流偏磁导致励磁电流工作在励磁特性曲线的饱和区，从而使得励磁电流发生畸变，如下图2所示：图2 直流偏磁对励磁电流影响示意图励磁电流波形的畸变对变压器的影响主要在如下几个方面[2]：（一）变压器噪声和振动增大。
变压器直流偏磁抑制技术研究
xx年xx月xx日
目录
• 绪论 • 变压器直流偏磁的基本原理 • 变压器直流偏磁抑制技术的研究 • 工程应用案例分析 • 研究成果与展望
01
绪论
研究背景与意义
01
变压器是电力系统中重要的设备之一，其正常运行对于保障电力系统的稳定和 可靠性具有重要意义。
02
变压器直流偏磁是一种常见的故障现象，其产生原因是变压器绕组中产生了直 流电流分量，如果不及时采取措施抑制，会对变压器的正常运行产生不利影响 ，严重时可能导致变压器损坏。
05
研究成果与展望
本研究的主要成果
提出了一种新型的变压器直流偏磁抑制方法， 能够有效降低变压器铁耗和噪声。
对变压器直流偏磁的机理进行了深入分析，揭 示了直流偏磁对变压器性能的影响。
开发了一种基于数字控制技术的智能变压器直 流偏磁抑制装置，实现了对变压器内部直流电 流的有效控制。
本研究存在的不足之处
磁性材料
变压器铁芯的磁性材料具有磁滞和饱和特性，当直流电流通过铁芯时，会导 致铁芯饱和，从而产生直流偏磁。
变压器直流偏磁的影响因素
变压器设计
变压器设计中的一些参数，如铁芯材料、截面积、线圈匝数等，会影响变压器的 直流偏磁特性。
运行环境
变压器的运行环境，如温度、湿度、压力等，也会影响其直流偏磁特性。
随着电力系统的不断发展，变压器直 流偏磁抑制技术也在不断发展和完善 ，越来越多的新方法和新技术被应用 到该领域中。
研究内容和方法
本研究旨在研究变压器直流偏磁抑制技术，提出一种新型的抑制方法，并通过实 验验证其可行性和有效性。
研究内容主要包括：分析变压器直流偏磁的产生原因和危害；研究现有的变压器 直流偏磁抑制技术，并对其进行优缺点分析；提出一种新型的抑制方法，并进行 理论分析和仿真验证；最后进行实验验证，并对实验结果进行分析和讨论。
抑制变压器直流偏磁的措施
抑制变压器直流偏磁的措施如果变压器励磁电流中出现了直流分量，这种现象被称为变压器直流偏磁，它是变压器的一种非正常工作状态，本文针对直流偏磁现象进行了初步研究，分析了其出现的机理，概括性地总结了直流偏磁对变压器及电网造成的不良影响，比较完整地提出了一些目前普遍使用的措施。
标签：直流偏磁；变压器；中性点引言直流输电的运用带来了更多变压器直流偏磁的问题，尤其是以大地返回方式运行的直流输电系统，其接地极电流会通过变压器中性点流过变压器绕组，从而使变压器发生直流偏磁现象，导致变压器出现噪声增加、铁心过热等危害，严重时甚至威胁到了电网的安全运行。
因此，如何有效抑制电力变压器中的直流偏磁现象受到国内外的普遍关注。
1直流偏磁的产生机理在高压直流输电过程中，直流偏磁的产生原因有两种：一种是交直流电网共同运行的时候，特别是当高压直流输电采用单极大地回路方式运行的时候，如图1所示，由于各个接地点之间存在一定的电位差，变压器一次侧的接地点会流入一定的直流电流。
另一种是太阳耀斑活动导致地磁暴时，变压器接地极会产生地磁感应电流，其频率在0.001Hz～0.01Hz之间，与直流电流非常相似，其幅值一般为10A～15A，甚至最高可达到200A。
2 直流偏磁对变压器的不利影响直流偏磁对变压器的影响有很多，其危害也是不可小觑的。
由于直流励磁电流的注入，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，产生大量谐波分量。
大量谐波分量的产生导致变压器损耗增加、温升增加、引发局部过热。
并且导致变压器磁滞伸缩加剧，噪声增大。
同时漏磁通增加，导致绕组电动力增加，使变压器振动加剧，这比噪声更加严重，可能会导致变压器内外相关部件松动、绕组绝缘的磨损，对变压器绝缘和抗短路冲击能力会有较大损害。
此外，谐波流入系统后会引起交流系统电压波形畸变，导致继电保护误动。
直流偏磁还会造成无功补偿装置过载或电力系统电压下降，严重时会使电网崩溃。
3 抑制直流偏磁的措施3.1 中性点注入反向直流电流。
500kV变压器直流偏磁产生原因及抑制措施
500kV变压器直流偏磁产生原因及抑制措施在当前直流输电系统迅猛发展形势下，输电容量持续增长，输电距离日益增加，直流偏磁变电站500主变压器的影响也在持续恶化。
文章在阐述了500kV 变压器直流偏磁产生原因和机制的基础上，对500kV变压器直流偏磁潜在威胁和抑制措施进行了分析。
标签：500kV变压器;直流偏磁;影响;措施1概述电力系統中直流输电系统以输送容量大、距离长、损耗小等优点在国内得到广泛实施。
但是，当直流输电系统产生故障或事故时，直流输电系统将会按照大地回流方式（包括单极大地回线方式及双极不平衡方式）运行，甚至会有高达数千安的直流电流流过的可能，在直流输电系统产生故障的交流电网中，就会存在直流电流从接地的中性点流入500kV变压器后，继续经由输电线路输送向远方，给500kV变压器本身和交流电网系统的安全稳定运行造成恶劣影响[1]。
2 500kV变压器直流偏磁产生原因解析500kV电力变压器的磁动势和磁通出现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的现象称为“直流偏磁”。
由于500kV电力变压器的原边等效阻抗对直流分量仅表现出电阻性质，而且很小。
由此就导致了微小的直流分量就会在电力绕组中形成较大的直流激磁磁势，并与交流磁势一起作用于500kV电力变压器原边，导致500kV电力变压器铁心的工作磁化曲线发生明显偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。
以下两种原因可能会引起在线运行的500kV电力变压器绕组内产生较大的直流原因：2.1太阳活动产生的地磁“风暴”地磁场与太阳等离子风的活动相互影响产生地磁“风暴”，地球表面将由于地磁场的活动产生电位梯度，地磁风暴及地面电导率的严重程度决定了其大小，当中性点接地的500kV电力变压器时受到低频、具有一定持续时间的电场作用时，就会产生频率在0.01～1Hz之间的地磁感应电流（可近似看成直流）。
它持续时间短，但值较大。
2.2单极运行方式交流与直流输电线路的并行运行和交流网络中存在的不对称的负载。
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。
750kV某变电站主变直流偏磁分析及抑制措施研究
750kV某变电站主变直流偏磁分析及抑止措施探究摘要：本文针对750kV某变电站主变直流偏磁现象进行了详尽的分析，并提出了一系列有效的抑止措施。
通过实时监测主变直流电流，我们确定了直流偏磁的存在，并且表明该现象对变电站运行稳定性和设备寿命产生了负面影响。
随后，我们开展了对该现象的深度探究，并提出一种基于震动抑止的有效控制措施。
1.引言750kV某变电站作为电力系统的关键设施，起着重要的供电和变电功能。
然而，随着电力需求的不息增长，变电站运行稳定性和设备寿命等问题亟待解决。
直流偏磁现象是影响变电站正常运行的一个重要因素。
因此，对750kV某变电站主变直流偏磁进行深度分析并制定相应的措施，对于提高变电站的运行效率和可靠性具有重要意义。
2.直流偏磁的定义和原因直流偏磁是指主变中心抽头电气量瞬时值与直流重量之间存在较大差异的现象。
直流偏磁的主要原因包括主变饱和、系统过电压、电力负载波动等。
这些原因导致直流电流超过主变额定电流，从而引起直流偏磁现象。
3.主变直流偏磁的影响主变直流偏磁对变电站设备和系统稳定性产生了重要的负面影响。
起首，直流偏磁会导致主变电流增大，从而引起设备温度提高，缩短设备寿命。
其次，直流偏磁还会导致变电站电压稳定性下降，可能引发电压跳闸和电力系统不稳定问题。
因此，对直流偏磁现象进行分析并实行有效的抑止措施对于变电站的正常运行至关重要。
4.直流偏磁的分析方法为了准确分析直流偏磁现象，我们对750kV某变电站的主变进行了实时监测。
通过对主变电流曲线的测量和分析，我们确定了直流偏磁的存在。
同时，我们还测试了不同负载率下主变直流电流的变化状况，并对其进行了统计。
通过这些试验数据，我们得出了直流偏磁现象与负荷率和电力负载波动之间的相关性。
5.直流偏磁的抑止措施探究为了抑止直流偏磁现象的发生，我们提出了一种基于震动抑止的控制措施。
该措施基于对主变运行状态的监测，通过对主变抽头位置进行微小震动来抑止直流偏磁现象的发生。
变压器直流偏磁抑制措施的经济技术分析
变压器直流偏磁抑制措施的经济技术分析文章简单介绍了小电阻法、电容隔直法、电位补偿法及直流电流注入法四种直流偏磁电流的抑制方法；对这些方法的优点、缺点进行分析与比较，对于不同的场合、不同的技术要求给予了不同方法的选择建议。
文章可用于学者研究交流系统抑制直流偏磁电流措施的参考。
标签：直流输电；变压器；直流偏磁；抑制；比较直流输电系统单极大地回线方式是一种故障应急运行方式，当直流输电系统某极发生故障时，常采用此方法进行应急处置。
这种大地回流方式经常会有发生，难以避免，一般用于单极建成初期的运行，是导致交流电网中性点接地变压器产生直流偏磁的主要原因。
这种事故发生会带来一系列的问题，例如，主变噪声、波形畸变、主变故障和电容器组损坏等。
因此，对于变压器直流偏磁问题的抑制措施的研究十分重要，这种措施技术在交流系统中有重要的应用价值。
以下对直流偏磁电流抑制方法进行简单说明与对比。
为了避免接地变压器由于中性点流入直流电流导致的直流偏磁问题，常采用以下几种方法来进行控制。
1 串小电阻法这种方法是通过串入限流小电阻来保护高电压旁路的过程，这个小电阻要串联在变压器中性点与变电站地网之间。
这种方法的优点主要有两点，一是投资小，费用较低；二是此装置为无源装置，结构相对简单，安装、运行与维护都比较容易。
这种方法的缺点相对较多，主要表现在以下几方面：一是此方法不能消除中性点的直流电流；二是有些系统内，串联的电阻阻值较大，会导致变压器中性点接地效果不好；三是中性点串入电阻，影响系统的零序参数，从而影响继电保护；四是电阻的串入，也影响着方向保护的灵敏度；五是当系统故障时，采用旁路装置对该电阻旁路，则会造成系统接地阻抗不连续，从而导致继电保护配置复杂化；六是当电网系统结构发生变化时，例如增加或减少变压器等，就需要重新计算接地电阻值，更换串接电阻。
2 直流电流反向注入法这种方法通过改变变压器中性点电位以全部或部分消除流入变压器绕阻的直流电流，操作方式是通过在变压器中性点串入一个可控反向直流电流源、在变电站地网与辅助接地极之间注入直流电流来完成。
大型电力变压器直流偏磁的影响和抑制方法
大型电力变压器直流偏磁的影响和抑制方法摘要：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，对于交流输电系统中变压器影响问题日益严重。
监测变压器直流偏磁状况及解决直流偏磁对变压器的影响，已经成为越来越多的学者和专家的共识。
如何有效的抑制大型电力变压器的直流偏磁现象，并且降低直流偏磁现象造成的设备运行异常现象，成为当前大型电力变压器应用单位发展中主要面临的问题。
关键词：变压器中性点；直流偏磁；直流电流；抑制措施1 电力变压器直流偏磁产生的原理直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，当直流输电线路单极大地运行时，接地极电流通过交流系统的变压器中性点流入交流系统，随着其电流的增加，励磁电流波形发生畸变，主要是正负半周不对称。
与直流同向的一边，由于铁心过度饱和，电流波形变为尖顶波；与直流反向的一边，铁心的饱和度下降，励磁电流幅值变小，呈现平顶波，此现象严重影响了交流系统的安全稳定运行。
其次太阳表面剧烈的耀斑活动会使地球产生极光电流，从电磁理论可知，这些变化的极光电流能产生扰动电磁场。
从而在地表面上产生电位差，也即所谓的地面电势（ESP）。
该地磁感应电流经过变压器接地中性点，同样引起变压器的偏磁问题。
2 直流偏磁对变压器的危害变压器绕组中有直流分量流过时，这些直流磁通造成变压器铁芯严重饱和，励磁电流高度畸变，产生大量谐波，变压器无功损耗增加，金属结构件损耗增加，导致局部过热现象，破坏绝缘，损坏变压器或降低使用寿命。
严重时甚至引起系统电压降低，系统继电器误动作，严重影响变压器的安全运行。
变压器直流偏磁所带来的危害主要有以下几个方面：1）噪音增大变压器线圈中有直流电流流过时励磁电流会明显增大。
对于单相变压器，当直流电流达到额定励磁电流时，噪音增大10dB；若达到4 倍的额定励磁电流，噪音增大20dB。
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。
单相变压器直流偏磁及抑制措施分析
单相变压器直流偏磁及抑制措施分析张师赫;苏帅;刘青【摘要】直流偏磁会导致变压器噪声增大、振动加剧、局部过热,并向电网中输入大量谐波,影响继电器保护装置的正确动作等不利影响.因此,研究直流偏磁对变压器的影响及其抑制措施具有重要意义.本文利用有限元分析软件Maxwell 2D,建立了单相变压器的瞬态电磁场分析模型,分析对比了铁心及铁轭在不同直流入侵情况下的内部磁场变化.根据统一磁耦合电路(UMEC)模型,利用PSCAD仿真分析了不同直流偏磁下,变压器的空载励磁电流谐波特征.同时,研究了自激补偿法及外加直流源补偿法对直流偏磁的抑制效果.结果表明:变压器发生直流偏磁时,漏磁通增大,导致铁心发热,发热量最高点出现在铁轭与铁心交接处.自激补偿法及外加直流源补偿法对直流偏磁有较好的抑制效果.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】5页(P25-28,34)【关键词】直流偏磁;统一磁耦合电路模型;变压器【作者】张师赫;苏帅;刘青【作者单位】江苏省电力公司检修分公司,南京 210019;西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054【正文语种】中文直流偏磁是变压器由于某种原因受到直流入侵而引起其磁通偏向时间轴一侧。
引起变压器直流偏磁主要的原因有：太阳活动引起的地磁暴以及HVDC单极运行方式[1-2]。
这两种情况下，在两台接地变压器中性点之间会出现电位差，引起变压器直流偏磁。
此外，大容量的单相负荷（如高速电气化铁道，金属冶炼电炉）三相不对称运行，或零序分量等情况下也会引起变压器直流偏磁。
直流偏磁会引起变压器半波饱和，严重危及电网安全运行，因此有关直流偏磁的研究引起国内外学者研究的广泛关注。
目前针对变压器直流偏磁的研究中，文献[3-4]研究了不同结构变压器遭受直流偏磁的情况进行研究。
李晓飞等人对几种常见直流偏磁情况下的理论和变压器模型进行了对比，仿真并验证了它们的优缺点[5-7]。
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将揭 示上 述抑 制方 法 的工作 原理 、 实施 方式 、 性 能和
０ 引 言
直流 输 电 因为输送 距离 长 、输送 容量 大 、损耗 小 、便 于 异步 联 网等优 点在 我 国得到 了越 来越 多 的 应用ｌ 】 ＿ ２ １ 。直流 输 电在调试 或 故障 情况 下可 能会 有大
中图分类号 ： Ｔ Ｍ４ ０ ６
文献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ３ — ７ ５ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ３ １ — ０ ４
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变压 器 直 流偏磁 抑制 方 法的 应 用 分析
郝桂 芹
（ 佛 山 电力设计 院有 限公 司 ， 广东 佛山
摘
５ ２ ８ ２ ０ ０ ）
要： 直流输电的入 地 电流可能导致交流 电网内变压器 的直流偏磁危 害 ， 因此采用合理 有效抑制措施是保证
交流 电网安全运行 的关键 。对一随机生成 的虚拟 电网的直 流偏磁抑制措施进行理论 分析和数值求解 ， 对 中性点 串联 电阻／ 电容法的工作原理 、 实施方式 、 性能效果进 行分析。对 比２ 种方法的实现方式和技术参数 ， 证 明 了采用
抑制措 施后 ， 交流 电网局部直流偏磁危害加剧 ， 但 电网直流 电流 总量下 降， 总体上直流偏磁风 险下 降。为 了更有
效地开展直流偏磁 治理工作 ，提 出了现代大 型交流 电 网大范围采用 中性点 串联电 阻／ 电容 法抑制直流偏磁 的实
施原则。 关键词 ： 直流输 电； 变压器 ； 直 流偏磁 ； 抑制措施； 中性点 串联 电阻／ 电容