變壓器直流偏磁研究

摘 要：在電力系統中，很多變壓器接地的中心點都存在著直流電位差，這種電位差導致了直流偏磁現象。直流偏磁對變壓器產生了很多危害，因此，對于變壓器設計、制造和使用部門來說，都對直流偏磁下電力變壓器的運行性能非常重視，基于此，對變壓器直流偏磁進行了研究。

關鍵詞：變壓器；直流偏磁；機理和危害

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 06-0000-01

直流輸電系統如果沒有工作在正常的狀態，而是工作在單極大地返回運行方式以及非常不平衡的工作方式，都很有可能導致直流的輸電系統的的交流變壓器出現兩側有不同電勢的情況，這種情況就會導致中性點流入的直流電流，從而產生直流偏磁現象。直流偏磁現象不僅會使變壓器本身產生磁飽和、損耗增大、局部過熱和鐵心振動噪聲加劇，還會對變壓器所在的電力輸電系統產生嚴重影響。

一、直流偏磁現象對變壓器鐵心振動特性的影響

從國內外的大量實驗研究可知，變壓器空載運行時產生的振動要遠大于變壓器負載運行時的振動，且變壓器振動噪聲的主要激勵源是變壓器的鐵心部分。大型電力變壓器在空載運行狀態下產生的振動主要是由于硅鋼片材料的磁致伸縮性能所引起的鐵心本身的振動位移。鐵心磁通穿過硅鋼片的間隙和接縫的位置就很有可能導致電磁力，從而導致鐵心的振動情況的發生。同磁致伸縮效應產生的振動位移相比，電磁力產生的振動存在數量級上的差異，可以忽略。因此研究變壓器鐵心振動時，主要考慮的是由磁致伸縮現象引起的鐵心振動位移。通過大量的實驗研究可知，當鐵心硅鋼片磁通密度在1.5T～1.8T范圍內，負載電流會產生漏磁通，此時會引起油箱壁（包括磁屏蔽）和繞組以及變壓器中其他結構件部位的振動，與硅鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動相比小很多，與磁致伸縮力引起的鐵心振動相比，這一部分影響仍然是可以忽略的。如果變壓器鐵心正常工作時候的磁通密度低于了1.4T，漏磁通就會導致繞組以及結構件產生振動，如果這種振動超過鐵心磁致伸縮效應的極限，就會導致變壓器的振動。

二、直流偏磁下變壓器產生的輻射噪聲

由于變壓器的特殊構造，變壓器在工作的過程中都很有可能導致噪音的產生，變壓器噪聲的主要來源有：鐵心、繞組、油箱以及一些用來冷卻的裝置。變壓器本體主要包括鐵心、繞組、油箱等結構件，因此變壓器的噪聲可以理解為主要由變壓器本體結構產生的機械振動引起的噪聲和冷卻裝置產生的噪聲。在變壓器中如果在油箱上直接安裝自冷式散熱器肯定會產生一定的噪音，但是這種噪音比其機箱本身的噪音小很多，很多的時候都是可以忽略的。與之相反，現在經常使用的利用強迫油循環吹風方式，進行制冷的變壓器其產生的噪音就非常的高，這種方式中使用的冷卻風扇會產生很高的噪聲，很多的時候會使變壓器的合成噪聲和單獨的變壓器相抵會高出4-6dB。所以，這種制冷方式的變壓器噪聲部分研究已經被越來越多的學者所重視。噪聲會對周圍環境形成一種污染和公害，因此我國已對油浸式變壓器規定了噪聲水平。噪聲是變壓器的一項重要的指標要求，當變壓器中出現直流偏磁，鐵心磁密進入飽和區域，鐵心磁致伸縮變化明顯成為主要的噪聲源，且噪聲隨著中性點流入的直流電流量的變化也會產生相應變化。

三、直流偏磁對變壓器損耗的影響

變壓器的損耗主要分為兩種，即鐵耗和銅耗。鐵耗和銅耗中又含有附加損耗和基本損耗。銅耗一般指的是繞組上的損耗。銅耗中的基本繞組損耗一般是指電流在通過電阻時產生的損耗；銅耗中的附加損耗是指由結構件中集膚效應產生的一種額外損耗。基本鐵耗分為兩部分，一種為磁滯損耗，另一種為渦流損耗。由于硅鋼片材料的磁滯伸縮性能，當鐵心處于一種復雜的交變磁場中時，材料的磁致伸縮現象將會消耗一部分能量，這一部分所消耗的能量即為磁滯損耗。鐵心所使用的硅鋼片材料在磁場中會相應的產生與之相對應的磁場，因為這種電場所導致的損耗主要有以下兩個方面組成：渦流損耗在鐵心拉板以及鐵心夾件和油箱壁等物件結構中連接處所產生的渦流損耗。

四、變壓器直流偏磁的抑制措施

（一）反向注入電流法

對于反向注入電流法，國內外學者提出兩種形式，用以抵消或削弱變壓器中性點直流電流的不利影響。（1）將某一直流電源中入變壓器的中性點，根據檢測到的流入變壓器中性點的直流電流值，對直流電源的電壓進行動態調整，從而能夠實時對變壓器提供反向的直流電流。對于串入變壓器中性點的直流電壓源，應該能夠保證數百伏的電壓，而且對于不同運行狀態下的絕緣要求，也應該能夠滿足。此電壓源裝置使用起來非常靈活，而且對于流入變壓器中性點的直流電流大小，可以對注入的不同的反向直流電流進行動態的選擇。但是缺點是這種電壓源裝置比較復雜，而且比較昂貴，此外，還需要對系統的可行性進行檢驗。（2）將消磁線圈設置在關鍵變壓器內，通過對消磁線圈繞組中流過的直流電流值進行實時的調整，從而產生一定的直流磁勢，進而對變壓器中直流電流產生的直流磁勢所造成的影響加以抵消或削弱，這種方法需要配合相關設備各廠家，在實際應用中難度較大。

（二）串聯電阻法

串聯電阻法是減少直流電流流入交流電流的一個重要的方法。串聯電組法就是將電阻串入到變壓器中性點的入地回路中。這種方法應用在廣東春城等變電站中，將特制的限流電阻掛網運行之后，取得了良好的效果。此外，應用此方法的還包括敷設在變壓器中性點接地專用的較大電阻的接地網。在接地網的設計中，應該進行有針對性的計算，對專用接地網的過電壓保護以及正常和故障工作時，接地系統之間可能產生的最大電位差。在電力系統中，直流偏磁對變壓器產生了很多危害，因此應該結合反向電流法、串聯電阻法等原理進行針對性的防護措施。

參考文獻：

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