主变中性点直流偏磁抑制
变压器直流偏磁抑制技术研究
变压器直流偏磁抑制技术研究摘要：采用长距离传输的直流输电方案，有利于提高电力传输的经济性、灵活性、稳定性，系统运行过程中调度电力也比较灵活，高压直流传输技术具备非常好的前景。
然而，高压直流输电系统易出现主变直流偏磁，当系统直流用单极大地返回工作的方式，会出现主变压器异常，噪音增大振动变大。
随着我国大力实施西部向东输送电力的政策，中国高压直流输电（HVDC）技术越来越多地使用在电力网络中，这个问题显得更加迫切和重要。
本文主要对变压器直流偏磁抑制技术进行了一定的研究。
关键词：变压器；直流偏磁；抑制技术；研究1、变压器直流偏磁产生机理直流电流经中性点入侵变压器绕组时，直流电流产生的直流磁通与变压器交流电流产生的交流磁通叠加，形成总磁通。
直流偏磁时，变压器绕组中的励磁电流和铁心中的磁通波形均发生了变化，如图所示（实线、虚线分别代表无、有直流电流作用时的情况）。
由图可知，变压器未发生直流偏磁时，其励磁电流和铁心磁通曲线均为正弦波且正负半轴对称，铁心也工作在线性区；变压器发生直流偏磁时，其励磁电流波形发生了畸变，正半轴波形出现尖峰且幅值增大，负半轴波形仍为正弦波，而铁心磁通波形向正半轴偏移，铁心工作在饱和区。
随着直流量的增加，励磁电流波形畸变越来越严重。
2、直流偏磁对变压器的影响2.1、励磁电流畸变变压器出现直流偏磁时，直流电流产生的直流磁通叠加在交流电流产生的交流磁通上形成总磁通，使变压器磁通密度增加、铁心饱和程度加深、励磁电流增加、电流波形畸变严重。
2.2、变压器振动加剧变压器本体振动主要源于硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动，磁致伸缩使铁心随着励磁电流的变化而出现周期性振动。
直流偏磁下的变压器铁心处于正半周饱和状态，磁通向正半轴偏移，励磁电流波形发生畸变，导致磁致伸缩加剧，进而加剧铁心振动；硅钢片接缝处和叠片间存在由漏磁通引起的电磁吸引力，磁饱和时电磁吸引力随漏磁通增加而增大，也加剧了铁心、紧固螺栓、引线夹件绝缘螺栓等的振动，严重时会使变压器部件出现松动现象。
抑制中性点接地变压器上直流分量的措施
抑制中性点接地变压器上直流分量的措施直流电输电体系采用单极大地的返回方式运行时，直接输送电流即注入电流，土壤电阻高，电位就高，所影响的范围也大。
在交流变电站的接地点，直流电接地极高电位也作用与此，也因此，直流电流会直接通过中性点接地的变压器，造成变压器直流偏磁现象。
如果这种方式下增加输送直流功率，那么通过较大电流的电流就有可能磁饱和，这是就会出现噪声增大、振动加剧等现象，影响了变压器的安全运行，也影响了电网的正常运作。
1 中性电接地变压器流入直流的危害变压器发生偏磁饱和现象时，会造成直流电流通过交流系统，产生不小的危害。
偏磁会让变压器变成交流体系中的谐波源，发出谐波流进入系统，直接导致系统的电压波形发生畸变、滤波器超载、继电保护器发生误动；在进行单向重合闸时，潜供电流变高、断路器的恢复电压变大；和空载长线过程中过电压持续产生。
除此之外，这种现象还会导致变压器磁炉发生饱和，励磁电流变大，变压器的无功消耗增加，系统的电压降低，系统无功补偿装置超载。
另外一个后果就是引发不正常的振动和噪声，增大变压器的有功损耗，还有可能造成过热损坏。
2 抑制中性点接地变压器上直流分量的措施本文结合我国核电站主变压器的具体情况，分别对抑制直流输电体系的单极大地回线运行方式在变压器中性点引起的直流电流的几种措施进行了深入研究。
在现行的抑制中性点接地变压器上直流分量的措施主要有以下几种：1）变压器中性点串联电阻根据我国某核电站提供的实际数据实验可知，通过变压器的直流电流的数字大小不仅仅取决于直流输电的大地回线中所引起的中性点接地电位差，还受着变压器中性点接地的电阻、其中连接线路的等效电阻以及绕组等的影响。
在该核电站输电系统中，直流输电体系双极平衡运作，并且其中一条输电系统单极的大地回线输送功率固定的情况下，将流过电流限制在10A下，则A地主变压器中性接地点的电阻要高于130Ω，B地电阻高于53Ω。
在运行方式和功率不变的前提下，改变A地电阻则B地的电阻发生变化，反之亦然。
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
变压器中性点直流电流影响及抑制措施
间。在没有直流电流流经变压器 中性 点时 ， 机械旁路开关为合上位置。
当检测 到流经变压器 中性点 的直流 电流超过限值时 ，机械旁路开 关 自
动断开 ， 将 电容器 串入变压器 中性点与地网之间 ， 利用电容 “ 隔直通交 ” 的特点 ， 有效 隔断流过变压器 中性线 的直 流电流。一旦检测到流经 变 压器 中性点的交流 电流超过 限值 或者电容器组两端 电压超 限时 ，装置
注入电流装置和电容 隔直装置 。
统。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 问形 成回路。在我 国，１ １ ０ ｋ Ｖ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 点电位
运行 … 。 因此 ， 由直流电流 引起 的变压器直 流偏磁成 为电力系统急需 研究解决的问题。
１ 变压器 中性点直流电流 的形成与影响
在我 国高压 直流输 电 的几乎都 是双极 中性 点单端 接地 方式 的系
电脑变压器产生一定 的偏磁现象 ，三是能够在 变压器中串联一些 阻值
比较小 的电阻 ，把中性点流入的直流限 制到工程上可 以接受 的程度 。 目前 国内外 电力系统 中有些变电站 的变压器 中性 点上已装上 了反方 向
３ 结语 高压直流输 电单极大地回路运行产 生的地电流会导致 变压器 直流 偏磁 ， 干扰变压器 的安全稳定运 行。 目前 抑制流入变压器 中性点 的直
流量相关措施的研究主要有 ３ 种， 即串接 电容 、 注入电流法 、 串接电阻。
直流偏磁对中性点直接接地变压器运行的影响与防范
直流偏磁对中性点直接接地变压器运行的影响与防范
首先，直流偏磁会使得中性点电位上升，从而导致绕组绝缘电压升高。
当绝缘电压超过绝缘强度时，会引起绝缘击穿并导致设备损坏。
要防范这
种影响，可以在变压器中引入中性点绕组绕组接地电阻，减小绕组的绝缘
电压。
其次，直流偏磁还会在变压器绕组中产生额外的电磁力，使绕组发生
振动，从而引起机械损坏。
为了减小这种影响，可以在绕组中加入阻尼材
料以减缓振动。
此外，直流偏磁还会导致绕组中电流过载，增加绕组短路的风险。
当
绕组过载时，会加剧绕组的发热，并可能导致绕组短路。
为了防范这种风险，可以加大变压器的额定电流容量，或者通过升压器等措施来提高绕组
的电流承载能力。
最后，直流偏磁还会引起绕组中的局部过热，从而导致变压器绕组的
老化和损坏。
为了减少这种影响，首先需要改变变压器的运行参数，如降
低工作电压、降低短路阻抗等；其次，可以采用降低直流偏磁的办法，如
增加直流偏磁抑制装置或优化变压器设计结构。
综上所述，直流偏磁对中性点直接接地变压器的运行会产生一系列的
影响，包括损坏绕组、增加绕组短路的风险、增加绝缘击穿的风险以及引
发电力设备损坏等。
为了减少这些风险，可以采取一系列的防范措施，如
引入中性点绕组接地电阻、加入阻尼材料、增大额定电流容量等。
这些措
施可以有效降低直流偏磁造成的影响，保证变压器的正常运行。
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。
直流偏磁抑制措施研究综述
直流偏磁抑制措施研究综述摘要：近年来，随着高压直流输电和变压系统的发展，我国直流偏磁现象越来越严重。
研究可广泛使用的有效变压器，确保变压器安全运行的直流偏置抑制措施具有重要意义。
关键词：变压器；直流偏磁；抑制措施直流偏磁是由于外部电压环境变化引起，而强加于中性点直接接地的变压器，研究直流偏磁抑制技术对电力系统的正常运转具有重要的实际意义。
分析所产生的直流偏磁的原因分析，并研究适当的措施来抑制直流偏磁，使高压输电过程中的变压器的安全性得以提高。
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。
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危害2.1噪声增大变压器噪声是由硅钢片的磁伸缩引起的，在正和负不对称周期性变化的磁场下，硅钢片调整它们的大小，从而引起振动和噪音。
振动产生磁致伸缩也是不规则的，这就会使噪声随磁通密度增大而变大。
当变压器绕组中流经直流电流时，使得励磁电流产生畸变，产生了各次谐波，同时主磁通也成了正负半轴不对称的周期性变化磁场，噪声也就增加了。
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。
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地面 A变站 地网直 流电阻 地表 电位 偏置电流I B变站 地网直 流电阻
B 站 主 变
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
目的和意义
直流流入变压器励磁回路，会引起噪声增大，振动加剧的
现象，严重时甚至可能造成变压器的损坏或保护的误动。 根据系统特点，研究各种抑制方案可能带来的影响和潜在 风险是非常必要的。
良好接 地极
五、预期目标和成果形式
完成变电站地中直流抑制及解决方案的研究报告； 根据方案的研究结论，提出工程实施方案设计； 提出隔直相关设备的技术规范要求。
介绍结束，谢谢！
A
B
C
O
串联电变压器容时出口短路时的中性点电流
反向注入直流抑制装置
反向注入抑制装置是通过 在变压器中性点注入反向的直 流，以限制偏磁电流的方案。
研究方案-3
反向注入装置的要求： 建造良好的接地点，作为补偿接地极； 增加整流和滤波元件； 需注意补偿的电流大小，避免过度补偿；
A
B
C
O
～220V
电缆
四、项目研究内容和实施方案 按照电网规划，对不同时期单、多回直流系统单 极大地运行时，地表电位分布情况进行研究。 针对变电站高压交流变压器，分析直流偏置对其 影响，确定直流偏置的抑制要求。 对多种直流抑制装置、接入及运行方案进行评估。
技术路线示意图
直流地电位分析
偏磁电流计算
设备的偏磁要求
理论依据
研究中将围绕变电站，建立电网的输电线路与变电站接地模型，对多 种直流系统单极运行情况的直流偏磁水平进行仿真，进而根据结果确定直 流抑制装置的参数。 研究单位利用专业的仿真软件建立电网的直流电阻模型，并对地区直 流系统单极运行时地电位分布情况进行了初步分析。了解直流系统不同工 况情况下，电网直流偏置的基本分布规律。
二、国内外研究水平综述
国外变压器中性点直流抑制装置 国内变压器中性点直流抑制装置
加拿大变压器中性点直流抑制装置
磁暴引起偏磁导致变压器破坏； 偏磁电流抑制装置（加拿大，GE公司）
印度变压器中性点直流抑制装置
中性点上的谐波电流
新西兰变压器中性点直流抑制装置
中性点串联小电阻 带有保护间隙
接地极建于距换流站8km 以外的Bog Roy
南方电网220kV春城站直流抑制装置
南方电网220kV潖江站直流抑制装置
江苏500kV武南站直流抑制装置
两台500kV变压器 偏磁电流11A 实施反向注入后2.2A
三、项目的理论和实践依据
换流站接地极与变电站站的直线距 离近，对变电站的直流偏磁影响大于 规范要求，需要进行研究。
变电站主变中性点直流偏磁电流 抑制方案介绍
介绍人：王晓京
一、目的和意义
高压直流输电采用单极大地回路的运行方式时，巨大的直流电流经 直流接地极流入大地，并在较大范围内造成地表电位的明显变化。这种 地电位的变化，会对同一地区的交流系统产生影响。
A变电站 A 站 主 变
站间系统的等 效直流电阻
B变电站
接 地 极 电 流 Ie
研究方案-1
电阻的要求： 阻值一般控制在5Ω以下，利于制造； 并联放电间隙进行保护； 为减少短路时电阻温升过高的危险，电 阻两端可配有保护装置，在电流较大的 情况下改为直接接地；
直流电流（ A） 40 35 30
A
B
C
25 20 15
O
10 5 0
0
0.2
0.4
0.6
0.8 1 1.2 串联电阻（ Ω ）
装置选型
装置造成的影响
抑制效果的研究
电网直流地电位初步分析
电网直流地电位初步分析（1）
双接地极单极运行，电流3000A，方向：反相
电网直流地电位初步分析（2） Nhomakorabea双接地极单极运行，电流3000A，方向：同相
电阻型直流抑制装置
电阻型直流抑制装置的应用 是通过在变压器中性点串联小电 阻，将直流电流限制到偏磁电流 限制值以下的方案。
1.4
1.6
1.8
2
变电站电阻限制效果初步分析
电容型直流抑制装置
研究方案-2
电容型直流抑制装置的应用是 电容装置的要求： 通过在变压器中性点处串联大电容， 电容容抗要要足够小； 电容两端应有旁路保护装置； 将直流电流完全隔绝的方案。
电容隔直装置应有间隙等备用保护； 隔直电容应当能够承受短时间高电压； 变压器运行期间电容应处于被旁路状态；