直流偏磁抑制措施研究综述
《地铁供电系统引起变压器直流偏磁现象的研究与应用》范文
《地铁供电系统引起变压器直流偏磁现象的研究与应用》篇一一、引言随着城市地铁的快速发展，地铁供电系统的稳定性和安全性变得尤为重要。
其中，变压器作为供电系统的核心设备，其运行状态直接关系到整个系统的性能。
近年来，地铁供电系统中出现的变压器直流偏磁现象逐渐成为研究的热点。
本文旨在探讨地铁供电系统引起变压器直流偏磁现象的机理、影响及其在实际应用中的研究进展。
二、地铁供电系统概述地铁供电系统主要由牵引供电系统和动力照明供电系统组成。
其中，牵引供电系统是保证列车正常运行的关键，而动力照明供电系统则为地铁站内的各种设备提供电力。
变压器的正常运行对于整个供电系统的稳定性至关重要。
三、变压器直流偏磁现象的机理直流偏磁是指变压器在正常运行中，由于某种原因产生的直流分量叠加在交流磁场中，导致铁心饱和，从而影响变压器的性能。
在地铁供电系统中，直流偏磁现象的产生往往与牵引供电系统的运行方式、地铁负荷的特殊性以及外部环境因素有关。
四、地铁供电系统中直流偏磁的影响1. 对变压器的影响：直流偏磁会导致变压器铁心饱和，增加铁损和铜损，降低变压器的效率。
长期运行可能导致变压器过热，影响其使用寿命。
2. 对供电系统的影响：直流偏磁会影响变压器的输出电压和电流波形，导致供电质量下降。
严重时可能引发供电系统故障，影响地铁的正常运行。
3. 对列车运行的影响：由于供电系统的波动，可能影响列车的牵引性能和制动性能，从而影响列车的正常运行。
五、研究方法与技术手段针对地铁供电系统中变压器直流偏磁现象的研究，主要采用理论分析、仿真研究和现场试验相结合的方法。
通过建立数学模型，分析直流偏磁的产生机理和影响因素；利用仿真软件模拟实际运行情况，预测直流偏磁对变压器和整个供电系统的影响；通过现场试验，收集实际数据，验证仿真结果的准确性。
六、技术应用与解决方案针对地铁供电系统中变压器直流偏磁现象，可以采取以下技术手段和解决方案：1. 优化牵引供电系统设计：通过改进牵引供电系统的运行方式，减少直流分量对变压器的影响。
变压器直流偏磁抑制措施的研究
１ ０～ １ ５ ｄ Ｂ 考虑。即 现代变压器绕组（ 磁密设计值１ ． ７ Ｔ） 中 允许流过的接地
极直流 电流 ，对 ０ 或 ０ ／ ０ 接线 的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ及以上电压等级的变压器 ，可按 （ ２ ． １ ） 式估算 ： Ｕ １ ｉ ＝ ± ２ ： ± ２１ ／ ３ Ｕ１ Ｕ１ ￣
ｋ Ｖ ；Ｐ 为变 压器额定 容量 ． ； 为与变压器设计有关 的系数 ，一般单
点接地线上 串联 限流 电阻 ，可 以有效地抑制中性点的直流 电流。 中性点 串联 电阻限制流过中性点的直流 电流方法原理简单 ，实施容易 ；但对 所 串联 的电阻 的耐受电压及热容量具有很高的要求， 更重要 的是改变了系统结构 ， 继 电保护及 自 动化装置均需重新整定 ，绝缘配合也要作相应校验 。 为满足 限流的要求 ，装设的限流电阻阻值应足够大 。但是 串联大 电阻不能保 证 系统可靠 接地 ，若在故障时用放 电间隙将此 电阻旁路 ，会使系统接地 阻抗不连 续 ，使继 电保 护配置复杂化。另外 ，当系统发生故障时 ，还会导致变压器 中性点 过 电压等一 系列 问题 。 在变压器 中性点串接电阻器限制地 中直流流人的可行性 ，并从抑制 中性点直 流与过 电压效果和继 电保护角度分析及校核了中性点 电阻器对 系统造成的影响。 ３ ． ３ 交流输 电线串联 电容 在变压器绕组 出线处 串联耦合电容以阻断直流电流 。 在一个 电压 等级的输电线路上装设 串联 电容并不能 限制直流 电流通过 自耦变 压器 流到另一电压等级的线路 ，必须在与交流系统相联 的所有 出线上 均装设 串联 电容器 ，才能有效地抑制和消除流过相关变压器中性点 的直流 电流 。 ３ ． ４ 改善 电网 中直流 电流的分布 在上述方 法实际操作中发现 ，为消除某 台变压器 的直流偏磁而不得 已断开接 地 ，但却使 其它变电站的变压器 中性点直流 电流增大并 引起 了直流偏磁 。所 以， 在 电流超标 的变压器 中性点安装抑制装置不能从 根本上解决该 问题 。 以全 网变压 器中性 点接地电流小超标为 目标 ，在分析直流网络 的基础上提 出 基 于伴 随网络的接地电阻优化配置方法 。在每次迭代求解过程 中，在 考虑了接地 支路 的约束 条件下修改灵敏度最高的接地支路接地 电阻，直到所有接地 支路 的中 性点 电流小于其 限值对接地 电阻进行优化。 该方法较 为新颖 ，理论 上可以达到最优效果。但需要对电网 内土壤 电阻率 的 分布 、电网参数 及变电站接地网情况等资料充分掌握 ，且其数学模型及计算方法 均 比较复杂 。 ３ ． ５ 降低 变压器运行工作点 当电力变压器 运行 于铁 心励磁特性曲线上的不同工作点时 ，其承受直流偏磁 电流干扰 的能力 会受到一定的影响。随着运行工作点 的降低 ，同样幅值 的直流偏 磁 电流所产 生的干扰将会有所减弱 。该方法不用添加任何设备 ，易实施 ，经济性 好 ；缺点是效果不 明显 ，不能合理利用变压器容量。
主变中性点直流偏磁抑制
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。
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
变压器直流偏磁抑制技术研究
流传 输 系 统 的 回路方 式 中 ，单 级 一 金属 运 行 方 式 和 双极 回路 时 ， 一 为 了 促 进 国家 “ 西 电东 送 、 全 国联网” 逐 步 实 施 的 能 源 发 展 战 般不 会 影 响交 流 电 网 中 的变压 器 。在单 极 大 地 返 回运 行 方 式 或正 、 略， 中 国策划 了一 系列 高 压 输 电直 流 线 路 ， 其 中具 有 很 多 困 难 ， 具 有 负极 严 重 不 对 称 运 行 时 ， 系统 中 的变 压 器将 受 到严 重 影 响 ， 导 致 中 很长的输 电线路 ， 传输容量大 ， 损耗低 ， 自动化程度高等特点 。在高 性点 直 接接 地 的 变压 器 产 生直 流偏 磁 现 象 。 影 响 的程 度 除 了与 直 流 压直流输电东北 项 目中 ，呼伦贝尔至辽宁高压直流输 电工程 建成 换流站距离有关系外 ， 也与土壤 、 地貌等情况有关 系， 辐射范围将呈 后， 打开蒙东 电网至辽宁 中部传输 电力 网络 的渠道 ， 形成 了第一个 不规则形状 。 此类 直流偏磁 的数值相对会小 ， 但是持续的时间长， 而 国网系统交 直流混联 系统 ， 电力系统 的电力输 出， 大 大提高 了传输 且 周 围变 电站受 影 响 的 可能 性 变大 。 跨 区域 电力 的能 力 。然 而 ， 输 电线路 直流 输 电 具有 一 定 的故 障 时或 ２ ． ３ 直流 偏 磁对 变 压器 的危 害 者 调试 的 时候 ， 必 然 在 操 作单 极 模 式 ， 操作 模 式 双极 传 输 系 统 转 换 当高 压 直 流传 输 系统 接 地极 电流 引 发 变压 器 电位增 高时 ， 如果 为单 级 传 输 的过 程 中 ， 将 使用 土地 作 为 电路 回流 到 系 统 中 ， 数 千 安 两 个 变 电所 存在 电位 差 ， 直流 电流 将流 经 电力 系统 及 变 压 器 中性 点 培 通 过 接地 注 入 地 面 ， 它会 导 致 在周 围的 变 电 站接 地 极 电 位产 生 变 到变压器线圈 ， 使得变压器铁心磁通量急剧饱和 ， 从而提高磁通量 化 。进 而形 成 一定 的 电位差 ， 直 流 电将 从 输 电线 路 流 经 大地 到变 压 泄漏 ， 从 而增加了铁损 ， 使变压器铁心和夹件过热导致绝缘老化 ， 危 器 中性 点 ， 使 变 压器 出现 直 流 分 量 ， 从 而产 生 变 压 器 偏 磁 现 象 。 同 害 变 压 器使 用 寿命 ， 对 变压 器 的正 常 运 行 产 生很 大 的影 响 ； 在 同一 时， 交 流输 电 系 统会 产 生 不 同程 度 的影 响 ， 特 别 是 在 变 压 器 的 交 流 时 间 内 ， 直 流 电流 会 让励 磁 电流 的产 生 畸 变 ， 从 而 出现 了大 量 的 谐 直流分量叠加 ， 从 而 引发 变 压 器 铁 芯 磁 通 的 变化 ， 在 交 流 系 统 中将 波 ， 从 而造 成 变压 器 损耗 增 加 ， 振 动增 强 噪声 增 加 等一 系 列 影 响 。 而 会 产 生振 动 、 噪 音 等 等 问题 ， 严 重影 响 电力 系统 的稳 定 运 行 。 且直流偏磁还会使继电保护误 跳设备 ，可能导致大电容器退出系 因此 ， 直 流 偏 磁 是 由 于外 部 电压 环 境 变 化 引 起 ， 而 强 加 于 中性 统 ， 系统 电压 迅速 下 降 ， 最终 失 去 了大 部 分 的负 荷 。 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 ２ ＿ ３ ． １噪声 增 大 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 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 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 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 性得 以提 高 。 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 ２ 变 压器 直 流偏 磁 分 析 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 ２ ． １变 压 器 的直 流偏 磁 机 理 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 流 入 变压 器 绕组 直 流 会使 铁 芯 磁 场 出现 不 对 称 曲线 ， 更显 著 问 场 ， 噪 声 也就 增 加 了 。 在 直 流偏 磁情 况 时 ， 变 压器 绕 组 中 同时 包括 奇 题是 直 流偏 磁 的出 现 。这 时 系统 内 的主 变压 器 噪 音会 变大 ， 而激 磁 次 和偶 次 谐 波分 量 。 因此 ， 对 应 谐 波 电流 ， 变 压器 的噪声 频 谱 中既含 电流内产 生大量谐波 ， 且 变压器 的无功损耗会增加 ， 使系统的无功 奇 次谐 波 分 量 ， 又含 偶 次谐 波 分量 。 补偿 装 置 发生 过 载 现象 ， 或 是 线 路 的 电压 降 低 。谐 波 进 入 电力 系 统 变 压 器铁 芯 硅钢 片 的磁致 伸 缩 使 铁 芯变 压 器 也使 得 振 动 变 大 ， 中， 从 而 导 致 异常 的电 压波 形 出 现 ， 以及 该 滤 波 器将 过 载 ， 保 护 误 动 振 动大 ， 导 致 变 压器 的部分 松 动 ， 使松弛 ， 引 起 发热 ， 放 电等 ， 或 缠 绕 作。 部 件掉 落 ， 危 及 变压 器 的安 全 运行 。 这表明， 该 温 度 上升 引 起 的直 流 使用 变 压 器 中性 点 接地 的方 法 进行 高 压 直 流输 电 ， 中性 点 接 地 偏磁 的高 噪声 和 振动 引 起 的严 重 问题 。 的方法是可通过该方法将单极大 电流返回大地 ， 实现单极工作 。基 ２ ． ３ ． ２ 变压 器损 耗 增 加 于该 直 流 接 地 极 接 地 ，接地 电 阻会 导 致 各 变 电 站 系 统 之 间 产 生 压 变 压器 的损 耗包 括 绕组 损 耗 （ 铜损） 和磁 芯 损耗 （ 铁损 ） 。 变 压 器 差 。例如两个分站之间具有 电位差 ， 要求系统 内各变压器必须承担 的铜 耗 包括 基 本 运行 的铜 耗 和额 外 损 失 。在 直 流偏 磁 的影 响 下 ， 变 的 电位差 变 化 的影 响 。中性 点 的交 流 系统 运 行过 程 中 ， 系统 大 型并 压器 的励磁 电流可显著增加， 导致变压器铜损的急剧上升 。 然而 ， 由 联变压器 因为电位差可能产生直流电流 ， 从 而形成主变压器的直流 于 主磁 通保 持 正 弦波 和 磁通 密 度 的变 化 比较 小 ， 所 以通 过 相 对 小 的 进 气 的 铜产 生 的 附加 铜 损 的 电流 直 流偏 磁 的影 响 主要 是 基 础铜 耗 。 偏磁 ， 对 变压 器 带 来一 定 的 影 响 。 变压 器 铁损 包 括铁 芯 损 耗 和 附加 铁损 。 基本 铁 损成 正 比的磁 通 密 度 ２ ． ２ 直 流偏 磁产 生 的 原 因 ／ Ａ和 Ａ ／ Ｙ的变 压器 ， 励 磁 电流 中 直流 偏 磁产 生 的 原 因有 几 种 ， 在 变 压器 的正 常运 行 时 出现 的此 的平 方成 正 比。对 于 接线 方 式 为 Ｙ 包含着谐波分量 ， 因为主磁通仍然是正 弦波 ， 以使直流 电流变压 器 现象 ， 通 常是 由以 下两 个 方 面引 起 的 ： 励 磁 电流 流 经 磁 曲线 （ １ ） 太阳等离子风和地球磁场互相作用进而产生的磁暴 。在地 绕 组 不会 在 产 生铁 心 损 耗太 大 的 影 响 。但 是 ， 所 以造成 变 压器 漏 磁 通 增 大 。而 这 些漏 磁 通 将 扩 散 到 球表面造成的磁场 电位梯度 ， 其高低与大地 电导率以及磁暴的大小 的饱 和部 分 ， 有关 ， 在 土壤 高 电 阻 的 区域 电位 差 可能 达 到 相 当高 的程 度 。 １ ９ ８ ９ 年 夹 板 、 外 壳 等部 件 ， 使其 产生 额 外 的 涡流 损 失 ， 即额 外 的铁 损 。这部 ３月 １ ３日太 阳磁 暴 导致 魁 北 克 电 网造 成大 范 围 的停 电。 这类 直流 分铁耗将 随着磁通增大而增大。 这就说明变压器线 圈中直流 电流的 增大 ， 其 铁损 就 会 随之 增 大 。 偏磁的是很大 ， 但
直流偏磁对变压器影响研究和综述
直流偏磁对变压器影响研究和综述摘要：现阶段，随着我国经济的快速发展，电力企业发展的也十分迅速。
而在电力企业中直流偏磁对变压器影响受到重视。
变压器在发生突发性事故之前,绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。
对于大型电力变压器,目前几乎是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。
随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。
同一类性质的故障,其产生的气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备异常的特征量。
关键词：直流偏磁；变压器影响研究；综述引言直流偏磁是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,直流偏磁的产生有多种原因,太阳磁暴也是其中的一种,直流偏磁将导致变压器温度升高、噪声增加和振动等问题,在变压器运行中必须引起注意。
1变压器直流偏磁产生机理及其影响1.1变压器直流偏磁产生机理直流偏磁下，变压器绕组中产生直流电流分量，铁心中包含直流磁通和磁势，其作用原理可用图1说明。
图1(a)实线表示无直流偏磁情况下的磁通曲线，虚线表示直流偏磁情况下的磁通曲线；图1(b)表示初始磁化曲线；图1(c)实线表示无直流偏磁情况下绕组中励磁电流波形，虚线表示直流偏磁情况下绕组中励磁电流波形。
为减小体积并节约铁磁材料，使正常工作状态下的变压器利用率达到最大，变压器稳定运行点一般处于线性区和饱和区临界点附近。
当变压器绕组中流过直流电流时，铁心中直流磁通和交流磁通叠加，总磁通曲线波形不变，但整体上移，使得与直流磁通方向相同的半周波，磁感应强度增大；方向相反的半周波，磁感应强度减小，对应的励磁电流产生畸变，谐波分量增多，此时变压器工作在半波饱和状态。
电力变压器直流偏磁现象综述
电力变压器直流偏磁现象综述作者：王善磊赵玉瑶彭嘉杰王嘉禾江春鑫来源：《科学与财富》2017年第33期摘要：随着特高压直流输电工程的实施，由直流极单极大地回线运行引起的直流偏磁现象对电网安全运行造成了严重威胁。
本文首先从两个方面对变压器直流偏磁成因进行了机理分析，并结合直流偏磁下变压器的励磁特性总结出直流偏磁对电力变压器的的危害，最后，综合评价了三种主流的抑制直流偏磁的措施。
关键词：变压器；直流偏磁；形成机理；危害；直流输电1、引言：直流偏磁现象属于变压器的一种不正常工作状态，即在变压器励磁电流中出现了直流分量，且同时发生半波饱和[1]，直流偏磁会使得励磁电流的谐波分量增加，而且出现大量偶次谐波。
这将导致变压器温升增加，噪声加剧，同时使得绕组电磁力增大，振动明显。
此外，直流偏磁对继保设备、电容器组、电流互感器等设备的正常运行也有不同程度的影响[2]。
高压直流输电是导致直流偏磁产生的主要原因。
因为其具有输送容量大、损便于异步联网、损耗耗小、输送距离长等优点近年来被广泛使用。
文献[3]指出由于苏州500kV木渎变电站距离±800kV同里换流站接地极较近，在实际生产生活中发现其受直流偏磁影响严重。
另外，直流输电在运行点调试或突发故障情况下亦有可能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分量增加，给电网安全稳定运行带来危害[4]。
国内外近年来对电力变压器直流偏磁现象的研究也取得了实质性的进展。
文献[5]指出同纯正弦交流励磁时的磁滞回线相比，直流偏磁条件下铁心磁滞回线发生了明显变化。
并说明在铁磁材料磁化特性的众多模型中，Jiles-Atherton（J-A）模型比较符合磁滞现象的物理本质，且模型参数较少、实现方便。
在此基础上，文献[6]利用J-A模型，成功建立了直流偏磁时的变压器模型，并且设计出计及涡流损耗和异常损耗的铁心动态磁滞损耗模型。
2、直流偏磁形成机理分析2.1从变压器运行工作点及励磁特性分析如图1为变压器直流偏磁下的工作点分析，可以看到，当正常运行时，变压器工作于磁化曲线OA段。
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
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直流偏磁抑制措施研究综述
发表时间：2019-01-16T10:04:53.300Z 来源：《电力设备》2018年第26期作者：郭恩业陈文学
[导读] 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。
（国网山东省电力公司检修公司山东济宁 272200）
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。
在直流偏磁情况时，变压器绕组中同时包括奇次和偶次谐波分量。
因此，对应谐波电流，变压器的噪声频谱中既含奇次谐波分量，又含偶次谐波分量。
变压器铁芯硅钢片的磁致伸缩使铁芯变压器也使得振动变大，振动大，导致变压器的部分松动，使松弛，引起发热，放电等，或缠绕部件掉落，危及变压器的安全运行。
这表明，该温度上升引起的直流偏磁的高噪声和振动引起的严重问题。
2.2变压器损耗增加
变压器的损耗包括绕组损耗（铜损）和磁芯损耗（铁损）。
变压器的铜耗包括基本运行的铜耗和额外损失。
在直流偏磁的影响下，变压器的励磁电流可显著增加，导致变压器铜损的急剧上升。
然而，由于主磁通保持正弦波和磁通密度的变化比较小，所以通过相对小的进气的铜产生的附加铜损的电流直流偏磁的影响主要是基础铜耗。
变压器铁损包括铁芯损耗和附加铁损。
基本铁损成正比的磁通密度的平方成正比。
对于接线方式为Y/Δ和Δ/Y的变压器，励磁电流中包含着谐波分量，因为主磁通仍然是正弦波，以使直流电流变压器绕组不会在产生铁心损耗太大的影响。
但是，励磁电流流经磁曲线的饱和部分，所以造成变压器漏磁通增大。
而这些漏磁通将扩散到夹板、外壳等部件，使其产生额外的涡流损失，即额外的铁损。
这部分铁耗将随着磁通增大而增大。
这就说明变压器线圈中直流电流的增大，其铁损就会随之增大。
直流偏磁将导致变压器的励磁电流增大，其产生多个谐波涡流损耗和铁损大幅增加，由于导线的集肤效应造成铜损耗增加。
有了稳定的，持续增长漏磁变压器直流偏磁，使得铁实际损失变大，其他结构的温度上升，造成油局部温度和温度上升，影响的绝缘和变压器组件，甚至造成变压器损坏。
2.3变压器振动加剧
变压器的振动主要为铁芯硅钢片磁滞伸缩引起的，振动频率作为周期性励磁电流。
在直流电流流经变压器线圈时，磁通出现偏移故而变压器的励磁电流畸变，造成铁心磁滞伸缩增大，并且漏磁通的增大造成了变压器线圈电动了的增大，对变压器振动加剧有一定的影响。
2.4导致系统电压波形畸变
当变压器发生直流偏磁时，直流偏磁能使变压器变成交流电源系统的谐波源，该系统将引起电压波形畸变，有可能引起的问题有：继电保护误动作，滤波器过载，操作过电压等等。
直流偏磁对输电系统也会引起负面影响，如流过变压器的直流电流导致电流的增加，增加了变压器无功功率损耗，因此，可能导致系统的电压降低。
3抑制措施
3.1串联电阻法
通过对大地回路直流电流分布规律的深入分析，研究发现，通过变电站主变中性点电流主要与变压器和直流接地极的距离、接地电阻分布、架空线路特性密切相关。
在此基础上提出了串联电阻的方法减小中性点直流电流。
串联方法是在中性线上串接小电阻。
电力系统正常运行时，也会有三相不平衡交流电流流过中性点，通常为数安培；而在发生接地故障时，最大可能有数十千安的电流流过。
中性点电阻的接入会在一定程度上减小该故障电流的幅值，但同时也给所接变压器中性点带来了相当高的对地电位，若按幅值为10kA大小的故障电流来估算，则中性点对地电位会迅速上升至80kV，所串小电阻的发热功率为800MW，而1s内可产生的热量为800MJ。
串入电阻虽然不仅能够抑制直流偏磁电流，而且可以减少系统谐振的几率，但是当短路故障时，容易烧毁该电阻。
3.2电位补偿法
一种基于电位补偿原理的消减变压器中性点直流电流的新方法，其原理是在变压器中性线中间串一小电阻(0.5~2.08)，通过一外部电源在该电阻上形成一直流电位，以此调节变压器中性点的直流电位来达到减小流入变压器绕组直流电流的目的，该电阻同样需要保护旁路。
3.3串接电容法
基本思路是将电容串接入变压器的中性点与系统地之间以达到隔断直流电流的目的。
主变中性点装设电容后，在主变高压侧发生单相接地故障等情况下，主变中性点会流过很大的电流，并产生幅值很高的暂态电压。
当电容器两端电压超过一定限值后，可通过电流旁路保护设备动作将电容器旁路，以限制中性点电容器上的暂态电压幅值，这样则不需要容量很大的电容器来承受故障电流，节省了安装空间，缩减了成本，也避免了对主变中性点绝缘的不利影响。
在短路故障清除后，电流旁路保护装置自动返回到动作前状态，将电容器重新投入运行。
3.4反向电流注入法
反向电流法是指，把变压器中性点接一个直流发生装置，产生一个与直流接地极电流大小相等，方向相反的直流来进行补偿，以此来削弱甚至是消除中性点直流量，从而避免变压器发生直流偏磁。
国内外学者提出利用反向的直流电流来抵消或消弱该电流的不利影响。
可以在不改变系统参数，同时又对继电保护、自动装置、绝缘配合等不产生影响的情况下运行，结构简单、补偿可控、经济易行。
其负电位补偿时可对地网起阴极保护作用。
结束语
结合变压器直流偏磁抑制原理，分别对直流电流法、串联电容法、串联电阻法和直流电位补偿法四种抑制直流偏磁方法进行分析和比较，研究其中的优缺点和可实施性，最终对串联电容法和串联电阻法重点进行应用仿真研究，得出结论变压器中性点串入电阻以后可能受到影响的保护为：线路距离保护，变压器中性点零序过流保护，以及线路零序保护等等，而变压器中性点串联电容对继电保护的影响微乎其微，可以达到在不影响变压器保护的前提下保障机组安全、可靠运行。
参考文献
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