直流牽引供電系統(tǒng)引起的變壓器直流偏磁現(xiàn)象

王 銘,李林達,鄒 林,楊家輝,郝 春

（1．國電科學技術研究院，南京，210046；2．廣州西門子變壓器有限公司，廣州，510530；3．南方電網(wǎng)科學研究院，廣州，510080；4．國電康平發(fā)電有限公司，沈陽，110020）

直流牽引供電系統(tǒng)引起的變壓器直流偏磁現(xiàn)象

王 銘1,李林達2,鄒 林3,楊家輝2,郝 春4

（1．國電科學技術研究院，南京，210046；2．廣州西門子變壓器有限公司，廣州，510530；3．南方電網(wǎng)科學研究院，廣州，510080；4．國電康平發(fā)電有限公司，沈陽，110020）

城市直流牽引供電系統(tǒng)不可避免的產生雜散電流，有可能引發(fā)附近變壓器進入直流偏磁狀態(tài)，并產生不良影響?；诖祟惼努F(xiàn)象的特殊性，分析了其可供辨識的特征，提出了城市直流偏磁現(xiàn)象的診斷方法。

電力變壓器；直流偏磁；直流牽引供電系統(tǒng)

1 城市直流牽引供電系統(tǒng)

直流牽引供電系統(tǒng)在中國地鐵行業(yè)應用比較普遍，一般電壓為直流1500V，有個別城市如北京地鐵線路采用直流750V。對于廣州地鐵，除了APM線之外，均采用直流牽引供電系統(tǒng)。

整流機組（牽引變壓器和整流裝置）將中壓交流（一般為33kV或35kV）通過降壓整流變成直流1500V電源，通過直流進線開關供給直流母排，再從母排通過饋線開關和上網(wǎng)刀閘送至接觸網(wǎng)/接觸軌供列車使用。列車通過受電弓或集電靴取電，電流經(jīng)牽引電機流出后通過輪對接到牽引軌上，然后通過電纜接到負母線，再經(jīng)負極柜流回整流柜的負極，完成回流。

2 城市直流偏磁的特征及診斷方法

2.1 直流偏磁的原理

所謂直流偏磁，就是在原本正負對稱的勵磁磁勢中，入侵了一個直流磁勢，從而產生單方向磁場偏置。

在偏磁穩(wěn)態(tài)下，直流入侵的高壓繞組將維持一個交直流混合的勵磁磁勢，對于磁阻固定的鐵心來說，變壓器將維持一個偏置的磁通量。由于鐵心磁化的非線性，疊加后的高磁通區(qū)所需要的勵磁電流急劇增加。由于磁通是發(fā)生的單向偏置，所以勵磁電流也隨之發(fā)生嚴重畸變。在研究中可以簡單的用磁場偏置波形結合磁化曲線，計算出勵磁電流的波形。

鐵心的單側飽和及勵磁電流的極端畸變，會進一步引起引言所提及的各種不良影響。

3 變壓器直流偏磁案例分析

用戶反饋，位于廣州市區(qū)某變電站的240MVA變壓器出現(xiàn)噪音異?，F(xiàn)象。反饋有如下特征：變壓器目前尚處于空載狀態(tài)，噪音異常出現(xiàn)接地的變壓器中，噪音異常有間歇性特征。考慮到該系列產品為三相五柱變壓器，重點懷疑其出現(xiàn)城市直流偏磁狀態(tài)。

而后通過測量分析，確認其直流偏磁狀態(tài)，并初步鎖定直流源。

3.1 噪聲聲級

現(xiàn)場對變壓器空載狀態(tài)進行了聲級測試，沿變壓器取一定數(shù)量測試點，在1/3及2/3高度上測量聲級讀數(shù)并取平均值?，F(xiàn)場測試結果未做環(huán)境修正，僅用于相互對比。

表1 兩臺站內產品的測試結果

可以看出，中性點接地的變壓器出現(xiàn)明顯的噪聲升高，現(xiàn)場人耳聽覺感受到明顯的壓迫感。切換中性點接地變壓器，凡接地變都會產生同樣的現(xiàn)象。

4 針對性措施

基于城市變壓器偏磁現(xiàn)象的特殊性，其防治側重點應在降低低頻噪音上。因此具體的方法也與傳統(tǒng)的直流偏磁防治方法有所不同，應該采用具有一定針對性的措施。

4.1 中性點直流補償

由于直流入侵的直接驅動就是變壓器接地中性點存在直流電位，所以原理上通過一定的設備在變壓器中性點注入反向的直流以補償接地點電位，使之重新回到零電位。這種抗直流的措施包含反向電流補償和反向電位補償。

反向直流發(fā)生裝置可以將定量的反向直流電流通過變壓器中性點注入接地網(wǎng)。進而改變中性點的偏移電位，補償至接近真正的地電位，減小流入變壓器的直流。

而由于城市地直流是時變并會反向的“近直流”，所以必須增加測量，控制等回路，由雙向可變直流電流源和補償電阻組成的電位補償單元作為裝置核心，根據(jù)直流的大小和方向實施閉環(huán)控制。

其缺陷是作為一個新的地電源，很容易對周邊環(huán)境帶來不良影響，且需要空間和成本來購置補償設備。

4.2 中性點串聯(lián)電阻或電容

流過變壓器的直流電流的大小除了受地電位偏移量級影響以外，還受到直流回路直流電阻的影響。所以在中性點接地線上串聯(lián)限流電阻能有效抑制直流的方法。

5 總結

本文中提出的分析法可以簡單快速的診斷變壓器直流偏磁現(xiàn)象，而中性點電流特征分析可以有效鎖定直流源。提出的相關措施，對變壓器直流偏磁現(xiàn)象有針對性的抑制效果，消除變壓器因直流偏磁產生的噪聲，改善城市居民生活環(huán)境。

[1] 余柏林. 淺談廣州地鐵直流牽引供電與交流牽引供電系統(tǒng)的選擇[J]. 科技風, 2012(3)

[2] 李林達. 電力變壓器直流偏磁的工程評估[D]. 廣州, 華南理工大學, 2014

[3] 黃成, 呂金壯, 劉艷村. 廣東電網(wǎng)變壓器直流偏磁問題及其抑制措施[J]. 廣東輸電與變電技術, 2007(3): 1-4

DC magnetic bias of transformer caused by DC traction power supply system

Wang Ming1,Li Linda2,Zou Lin3,Yang Jiahui2,Hao Chun4
(1.National Institute of electrical science and technology,Nanjing，210046,china; 2.Guangzhou SIEMENS Transformer Co.,Ltd.,Guangzhou，510530; 3.Southern Power Grid Scientific Research Institute,Guangzhou，510080,china; 4.Kangping Power Generation Co.,Ltd.,Shenyang，110020,China）

The inevitable stray current of the urban DC traction power supply system is likely to be caused by the DC bias current in the vicinity of the transformer.Based on the special characteristics of the magnetic field,the characteristics of the identification are analyzed,and the diagnosis method of DC magnetic bias is proposed.

power transformer;DC bias;DC traction power supply system

圖1 可控的電位中性點注入反向電流原理圖