锦—苏特高压直流对江苏电网变压器直流偏磁的影响
特高压直流输电引起的直流偏磁现象的研究
特高压直流输电引起的直流偏磁现象的研究摘要：1000kV特高压变压器作为特高压输电网络的关键设备，其安全运行是整个特高压电网安全稳定运行的前提。
随着我国特高压电网的逐步建设，其在整个电力系统中的重要性日益增强。
随着我国交直流特高压电网的不断建设和运行，直流偏置现象日益严重，本文就特高压直流输电引起的直流偏磁现象进行了探讨。
关键词：特高压；直流输电；直流偏磁特高压直流输电具有大容量、远距离、低损耗的优势，在我国电力系统中的应用越来越多。
直流系统在调试、检修或发生故障时，会出现单极－大地回路的运行方式，直流接地极中将产生巨大的直流入地电流，在接地极周边形成直流电场，使得附近的变电站主变中性点接地系统中有直流电流通过，引起直流偏磁。
直流偏磁会导致主变出现噪声增大、振动加剧、局部过热等现象，降低主变效率，缩短主变寿命;主变在饱和区域工作将产生大量谐波，造成交流电网的谐波畸变增大，受影响变电站低压侧可能因谐波放大导致谐波过流，从而造成电容器鼓肚、爆炸等事故。
1直流工程概况1.1交流输电系统中的直流分布接地极直流电流入地后，在大地和交流电网中形成一个巨大的直流分布系统，包括地下电流场和地上电阻网络两个部分。
地下电流场电位分布与大地土壤电阻率、直流接地极入地电流大小及方向有关;地上电阻网络由电厂及变电站接地电阻、变压器直流电阻和输电线路直流电阻构成。
接地极直流电流入地后，通过土壤的传递，在电厂升压变高压侧、220kV及以上变电站主变高－中压侧、部分110kV变电站主变高压侧、交流输电线路(含串联电容补偿的除外)等支路中存在直流电流通路。
1.2变电站接地网模型接地网是变电站安全运行的重要保障，接地电阻的大小是衡量变电站接地网性能的主要指标之一。
当有大电流入地时，接地电阻的大小直接决定了接地网电位的高低。
在实际电力系统中，生产运行部门对降低接地网接地电阻、接触电压及跨步电压的要求越来越高。
2变压器直流偏磁场路耦合模型2.1场路耦合原理场路耦合法分为直接耦合和间接耦合两种方式。
直流偏磁对变压器的影响
直流偏磁对变压器的影响
1 当励磁电流中存在直流电流对变压器影响主要表现在以下几方面
1）噪音增大。
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倍额定励磁电流时，噪音增大20 dB。
此外，变压器中增加了谐波成分，会使噪音频率发生变化，可能因某一频率与变压器结构部件发生共振使噪音增大。
2）对变压器波形的影响。
当铁芯工作在严重饱和区，漏磁通会增加，在一定程度上使电压的波峰变平。
3）变压器铜耗的增加。
在直流电流作用下，如果直流电流大小达到一定数值，变压器的励磁电流会大幅度增加，变压器的基本铜耗就会急剧增加，让线圈发热。
4）变压器铁耗增大。
由于励磁电流进入了磁化曲线的饱和区，使得铁芯和空气的磁导率接近，从而导致变压器的漏磁大大增加。
2变压器允许的直流电流：
变压器容许通过多大的直流电流，这在一定程度上取决于变压器的设计，其值与变压器结构、铁芯材料、磁通密度取值等因子有关。
我国国家标准规定，电力变压器在超过5%的额定电压下也能长期运行，此时的励磁电流将较额定电压下的励磁电流将较额定电压下的励磁电流大50%。
这意味着，只要流过变压器绕组的直流电流引起的励磁电流增量不大于正常值的50%是可以接受的。
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
直流偏磁对变压器运行的影响及应对措施
牛 勇
（ 广 东 惠 州 天然 气 发 电有 限公 司 ， 广东惠州 ５ １ ６ ０ ８ ２ ）
摘
要： 随着国家对“ 西电东送” 这一重大决策的实施 ， 建设 了一大批远距离大功率 的输 电线路 ， 这些输 电线路均采用直流输 电的方式。但
讨 了 直流 偏 磁 对 变压 器 运 行 的影 响 。最后 提 出 了 提 出抑 制 直 流偏 磁 的 措 施 ， 认 为较 为 可 行 的 方法 为 中性 点 串接 电容 和 中性 点 注 入 反 向直
流 电 流法 ， 必 要 时还 可 降 低 变压 器 的 运 行工 作 点 作 为辅 助 手 段 。
压 波 动 。当铁 心磁 路饱 和后 ： 为保 证 主磁 通 仍 然 是 正 弦 波 ， 励 磁
２ 直流偏磁产生 的原 因
（ １ ） 太 阳耀 斑 的 爆 发 会 产 生 地 磁 暴 ， 而 地 磁 暴 会 在 地 表 产
电流 就 会 变 成 尖 峰 波 形 ， 这 种 尖 峰 波 形 的励 磁 电 流 中 除 了含 有
关键词 ： 变压器 ； 直流偏磁 ； 直 流 电位 补 偿 ； 中性 点 串 电 容
１ 直 流偏磁的定义
直 流 分 量 出现 在 变 压 器 的磁 动 势 和 磁 通 中 ， 这 种 现 象 称 为 “ 直流偏磁 ” ．是 指 在 变 压 器 的 内 部 产 生 了 直 流 磁 势 或 直 流磁 通， 并 引发 电磁 效 应 。在 “ 直流偏磁” 的作 用 下 ， 直 流 磁 通 和 交 流
基波分量 ｉ ｍ １ 之外 ， 还 有一 定 的 三 次 谐 波 分 量 ， 三 次 谐 波 分 量
直流偏磁对变压器的影响
会从 接地 的 中性 点窜 人变压 器 ， 进 而引起 直流偏 磁现 象的产 生 。
２直 流 偏 磁 对 变 压器 的影 响 偏 磁对 变 压器 甚 至整 个 电 网有 着 不可 忽视 的 影 响 ，主要 表现 在
以下 几个 方面 ：
串联 电容 法会 同时增 大 这个 中性点 的直 流 电流 ，从 而使 变压 器
５ ． ２反 向 电 流 法
当直流 电流流 经 绕组 时 ，铁 芯 会发 生 直流 偏 磁现 象 。直 流 产 生直 流偏磁 。 此 方法 是 将直 流 电源 接 入到 变 压器 的 中性 点上 ，通过 特 定
的设 备来 提供 大 电压 和 反 向直 流 电流 ，还 可 以在 变压 器 内接 入
１ ． １地 磁 感 应 电流 的 影 响
２ ． ６继 电保 护 系统 故 障
变 压器 产 生 的谐波 会 干扰 许 多设 备 ，如测 量 设 备、保 护继
器 的励磁 电流 比允 许直 流 电源 小 ，因此 直流 偏 磁也 有可 能是 变 压器 中流 过 的少量 电流引起 的。
３直 流偏 磁 抑 制 措 施分 析
当直流 输 电 系统 的运 行 方 式为 单极 大 地 回线 时 ，陆地 就 会
被 引 入直 流 电源 ，成 为 回 流 电路 。在这 种 情况 下 ，直 流 电源 就
在 地 与变 压器 的中性 点 之 间以 串联 的方 式接 入 电容 、旁 路 开关和 火花 间隙 ， 可以用来 隔断直 流 电源 。 但在 实际操 作过程 中 ，
为 电 力 系统 的首 要任 务 。本 文将 从 直流 偏 磁 的产 生原 因 、对 变 电器等 ，引起 系统 设 备或 元件 等 发 生故 障 。通常 情况 下 ，变 压
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直流输电是指将电能以直流的形式传输到远距离的电力输电方式。
相比交流输电，直流输电具有输电损耗低、输电距离远等优点，逐渐得到电力系统的重视和应用。
直流输电中存在一个重要的问题，就是变压器的直流偏磁问题。
变压器是电力系统中不可或缺的设备，用于将高电压的直流线路转换为低电压的交流线路，使电能可以正常供应给终端用户。
当直流电流通过变压器时，由于磁通的不可逆性，会导致变压器的磁芯磁化，进而引起直流偏磁现象。
直流偏磁会造成变压器铁芯磁通不平衡，进而导致铁芯饱和、损耗增加、温升升高等问题，严重影响了变压器的安全稳定运行。
为了解决变压器直流偏磁问题，需要进行相关的研究和改进。
研究表明，直流输电中的磁暴是引起变压器直流偏磁的重要原因之一。
磁暴是指地磁场快速变化的现象，通常发生在太阳活动剧烈的时期，会对地球磁场产生较大的干扰。
当磁暴发生时，会产生较强的地磁场扰动，进而影响直流输电线路中的变压器。
研究人员通过模拟试验和数值计算等方法，对直流输电及磁暴引起的变压器直流偏磁问题进行深入研究。
他们首先通过建立直流输电系统模型，包括直流输电线路和变压器等组成部分，模拟直流输电过程中的直流偏磁现象。
他们通过灰色系统理论和神经网络算法等方法，对直流输电中的磁暴进行预测和分析。
他们通过对比实验和计算结果，验证了直流偏磁与磁暴之间的关系，并提出了相应的改进措施。
研究结果表明，直流输电及磁暴会显著影响变压器的直流偏磁程度。
在磁暴期间，变压器的直流偏磁会显著增加，增加幅度与磁暴强度和持续时间相关。
研究人员还发现，合理调整变压器的结构参数、增加磁暴监测与响应系统等措施，可以有效降低变压器的直流偏磁程度，保证变压器的安全运行。
直流输电及磁暴引起的变压器直流偏磁问题是当前电力系统中的重要研究方向之一。
通过深入研究直流输电系统的运行机理，分析磁暴对变压器的影响，可以提出相应的解决方案，保障直流输电系统的安全稳定运行。
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。
500kV木渎变直流偏磁影响及抑制方案
500kV木渎变直流偏磁影响及抑制方案谢吉【摘要】高压直流输电单极运行产生的大地直流可能导致交流电网内变压器的直流偏磁危害,因此采用合理有效的抑制措施是保证交流电网安全运行的关键.本文介绍了三种抑制直流偏磁的方案,并结合500kV木渎变的抑制工程,分析了中性点串联小电阻方法的可行性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)019【总页数】2页(P99-100)【关键词】高压直流输电;直流偏磁;抑制直流偏磁方案【作者】谢吉【作者单位】江苏省电力公司检修分公司苏州分部【正文语种】中文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。
直流输电在调试或故障情况下可能会有大量直流电流通过接地极流入大地，从而导致交流电网内变压器直流偏磁危害，给电网的安全运行造成一系列不良影响。
苏州500kV木渎变电站距离±800kV同里换流站接地极较近，受直流偏磁影响较大，因此需要采取限制直流偏磁的措施。
2.1 直流偏磁的基本原理图1为变压器通过直流电流时（不考虑铁磁磁滞），产生直流偏磁的变压器励磁特性曲线及输出电流波形变化的情况。
图1（a）中实线表示不存在直流分量时的磁通曲线，虚线表示存在直流分量时的磁通曲线；图1（b）为变压器的典型励磁曲线；图1（c）实线表示无直流分量时的磁化电流曲线，虚线表示有直流分量时畸变的励磁电流曲线。
由图1可以看出，有直流分量时励磁电流的畸变是由变压器磁化曲线端部的非线性引起的，此时变压器处于饱和状态。
显然励磁电流的大小除了与变压器设计有关外，还与直流电流的大小密切相关。
2.2 直流偏磁的危害变压器流过直流电流时，可能产生诸多问题：（1）变压器噪声增加直流偏磁使变压器铁心磁通饱和，谐波分量增加，导致磁滞伸缩加剧，噪声增大。
（2）变压器震动加剧直流偏磁使变压器励磁电流畸变，引起漏磁通增加，导致绕组电动力增加，在一定程度上使变压器振动加剧。
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直 流 偏 磁 带 电检 测 工 作 对 距 苏 州换 流 站 接 地 极 １ ０ ０ ｋ ｍ 内主要 ５ ０ ０ ｋ Ｖ和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 主 变开展 直 流 偏磁 测试 ， 包括 中性 点
苏州 换 流 站位 于 江苏 苏 州 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 吴 江 变 电所 西侧 ． 属 于松 陵镇 和平 望 镇 管辖 ．同里 接地 极 位 于吴 江 市和 浙 江交 界处 桃 源 镇 民益 村 ． 接地极线路约 ３ ７ ． ５ ｋ ｍ（ 与 苏
州换 流站 直 线 距 离 约 ２ ７ ｋ ｍ） ：向家 坝 一上 海 ￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ 特高 压 直 流奉 贤 换 流站 接 地极 位 于上 海市 金 山 区廊 下
直 流 电流 、 振 动、 噪 声等 ， 并研 究其 对 江 苏 电 网 的影 响 。研 究发 现 ， 该 工程 直 流偏 磁 会 造 成 附近 主 变 振 动 加剧 、 噪 声增 加 ，
但 未见 造 成 局 部 过 热 现 象 ． 对 主 变 的安 全运 行 影 响较 小 提 出 了 对新 投 运 主 变 出厂 试 验 增 加 直 流 偏磁 试 验 和 加 强 直 流
２ 直 流 偏 磁 测 试 方 法
为 了更 全 面 了解 锦 屏 一 苏南 ￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ 特 高 压 直 流 对 江苏 电网运 行 的影 响 ， 结 合 系统 调试 计 划 ． 在 苏州 换 流 站 接地 极 １ ０ ０ ｋ ｍ 半 径 范 围 内安 装 直 流 偏 磁 在 线 监
中间还有 ± ５ ｏ ０ ｋ Ｖ 华新换 流 站接地 极
致结 构 件 松 动 ． 变 压器 铁 心 不 存 在 局部 过 热 现 象 ｎ 。 曾对 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 斗山 变 ３号主 变 （ 三相 分 体 ） 进行过 １ Ａ，
２ Ａ 直流 偏磁 试 验 ． 因变 压器 振动 过 大 ． 未进行 ４ Ａ直 流偏 磁试 验 ． 试 验结 果 显示 ２ Ａ 未 对 变压 器造 成 明显
江
苏
电
机
工
程
第 ３ ３卷 第 １ 期 ５
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
锦一苏特高压直流对江苏电网变压器直流偏磁的影响
吴 鹏 ，田 猛 ２ ，陆云 才 ，陈铭 明 ， 蔚 超 ，吴益 明
（ １ ． 江苏 省 电力公 司 电力科 学研． 镇 江市供 电公 司 ， 江苏 镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ０ ）
损伤＿ ｌ 锦～ 苏￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ特 高压 直 流输 电工 程接 地极 位 于苏 州 吴 江 地 区 ． 苏 南 地 区负 荷 量 重 ， 枢纽 变 电站 众 多 为 了评 估特 高压 直 流单极 大 地 回线运 行方 式下 直 流偏 磁 对苏 南交 流 电网枢 纽变 电站主 变 的影 响 ． 在
高压及特高压 直流输 电在 系统调试 、 检修或 发生单
极 故 障 的情 况 下 ， 采 用 单极 大 地 回线 的运 行 方式 ［ １ ］ 。
单 极 大地 回线运 行 时 ． 巨大 的直 流 电流经 接 地 极 流人 大地 ， 造 成较 大范 围 的地 电位 变化 。两站 地 电位存 在 电位 差 ． 会在 两站 主变 中性 点 流 过 直 流 电流 ． 从 而 造成 主变 铁 心磁 密 工 作点 偏移 ，主变 出现 噪声 增 大 、 振动 加剧 等现象 ． 还 可能 引起 漏 磁过 大 而发 生 局 部过 热， 并 造 成交 流 电网 的谐波 畸 变增 大等 不 利影 响 ［ ｏ － 。 目前 ． 国 内 部 分厂 家 只 在 技 术 协 议 中保 证 ． 在 变 压 器
特 高压 直 流 调 试 期 间对 苏 南 枢 纽 变 电 站 主 变进 行 了 直 流偏 磁 带 电检测 和 在线 监 测 ． 并 对 试 验 结果 进 行 了
分析
测设 备 以及 安 排 带 电检 测 ．在 大 功率 调试 期 间 实时 检
测变 压器 噪声 、 振动 、 中性 点直 流 电流 。
苏 州 吴 江地 区 附 近 １ ０ ０ ｋ ｍ 范 围 内共 有 ３个 换 流
站接 地极 ： ￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ 同 里 换 流 站 接地 极 、 ￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ 奉 贤 换 流站 接 地 极 、 ￣ ５ ０ ０ ｋ Ｖ华 新 换 流 站 接地 极 ￣ ８ ０ ０ ｋ Ｖ
镇西 南 部 ， 六 里 塘 以东 ． 山塘 河 以北 ， 朱 平 公路 以 西 ， 距
５ ０ ０ ｋ Ｖ绕 组 中 性 点接 地 回路 中存在 ４ ～１ ０ Ａ 直流 偏 磁 电流 下 ． 变压 器不 会 因直 流偏 磁作 用产 生振 动 而导
奉 贤换 流 站 ９ ６ ｋ ｍ： 另外 ． 在 苏 州接 地 极 与奉 贤接 地 极
２ ． １ 直 流偏 磁 测试 布点
为 获得 较 为 准确 的直 流 分 布情 况 ．综 合 考 虑苏 州
地 区变 电站众 多 、 主 变 负荷 重 ， 距 离特 高压 线 路及 接 地
极地 理 位置 、 太 湖水 域等 因素 ， 测试 主 变 主要 涵 盖苏 州 大部 分 ５ ０ ０ ｋ Ｖ及吴江 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 变 电站 、环 太 湖周 围无
偏 磁 在 线 监 测 跟 踪 的 建 议
关键 词 ： 特 高压直流： 直 流 偏磁 ； 双极 不 平衡 ； 在线监测 ； 带 电检 测
中图分 类号 ： Ｔ Ｍ７ ２
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ — ０ ６ ６ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ０ ５ — ０ ４