地磁感應電流對電力變壓器的影響

林 陽，許 平（特變電工沈陽變壓器集團有限公司，沈陽 110144）

地磁感應電流對電力變壓器的影響

林 陽，許 平
（特變電工沈陽變壓器集團有限公司，沈陽 110144）

地磁感應電流（GIC）是地球處在宇宙中客觀存在的一個現象，它對大型變壓器會產生不利影響。本文主要介紹地磁感應電流產生機理、對電力變壓器的影響以及解決措施，為電力變壓器設計提供參考。

地磁感應電流；GIC；變壓器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.135

0　前言

地磁感應電流（Geomagnetically Induced Current）簡稱GIC，它會使變壓器中性點疊加一個諧波電流，造成鐵心過激磁，從而使鐵心溫升增加、變壓器無功損耗提高、變壓器噪聲增大。嚴重時還會引起保護繼電器誤動作，造成大面積停電。我國電力系統中地磁感應電流是客觀存在的，這對我國日益增加的高電壓大電網系統來講存在一定的安全隱患。本文重點針對電力系統中的重要組件電力變壓器在受到地磁感應電流作用下的危害進行分析，并介紹變壓器采取措施減小GIC造成的危害。

1　地磁電流產生機理

由于地球磁場變化（例如太陽黑子頻繁活動等因素造成地球磁場變化）在地球表面會產生一定的感應電勢，即地表電勢（Earth Surface Potential），簡稱ESP；又由于電力變壓器中性點接地，兩臺變壓器通過架空線和大地形成回路。這樣由于兩個中性點所處的地表電勢不同，就會在系統中產生一個電流，即地磁感應電流。

2　地磁感應電流對變壓器造成的危害分析

2.1變壓器過激磁，諧波含量增加

GIC的頻率很低，一般在0.01-0.1Hz，所以在分析過程中可以理解為直流電流。GIC是從變壓器中性點流入變壓器，相當于給變壓器鐵心疊加了一個直流磁通，由于硅鋼片的非線性磁化特性會造成變壓器勵磁電流產生畸變，勵磁電流半周期不對稱而形成尖頂波，從而產生數值較大的奇次和偶次諧波，對電力系統會造成很大的危害。

2.2變壓器振動和噪聲增加

變壓器本體噪聲主要由于鐵心硅鋼片磁滯收縮使鐵心產生做周期性振動而產生。地磁感應電流（GIC）增加變壓器噪聲主要是增加了變壓器鐵心振動噪聲。一般我們用磁滯收縮率ε來表征磁滯收縮現象。

式中L為硅鋼片的原始尺寸，△L為硅鋼片最大變形量。

鐵心磁滯收縮率ε越大，說明鐵心振動越明顯，鐵心產生的振動噪聲就越大。GIC作用下變壓器引發直流偏磁現象，導致鐵心磁滯收縮率ε增大，鐵心振動加強，造成變壓器噪聲增加。

2.3變壓器感性無功功率加大

變壓器正常運行時，勵磁電流可以看成是建立磁場的作用，將電能轉變為磁能，屬于感性無功功率。當GIC出現時，變壓器勵磁電流產生畸變，其數值會大幅度提高，這樣變壓器感性無功會隨之增加，系統損耗會增加。

2.4變壓器損耗增加、溫升提高

在GIC的影響下鐵心嚴重飽和，激磁電流出現正負半周不對稱的尖頂波，鐵心自身的渦流和磁滯損耗會大大提高，使變壓器空載損耗增加，同時鐵心溫升也會加大。另外，在GIC的影響下漏磁通會增加，變壓器油箱及金屬結構件的渦流損耗和溫升也會增加，變壓器的負載損耗會加大。

3　降低GIC對變壓器影響的措施

通過上面的分析，地磁感應電流（GIC）對變壓器乃至整個電力系統都存在十分嚴重的影響，在變壓器設計以及系統控制方面需要研究方案措施以減小GIC對變壓器和電力系統的影響。

3.1變壓器鐵心結構型式的設計

變壓器不同鐵心型式零序和非零序磁路結構不同，受GIC的影響程度也不同。以三相五柱、三相三柱鐵心結構為例進行分析。三相五柱變壓器中間三個心柱設置線圈，兩個旁柱不設置線圈，零序磁通可以通過旁柱形成閉合，使其容易達到飽和，GIC對其影響也較為嚴重。三相三柱變壓器鐵心共有三個心柱，沒有旁柱，三個心柱分別設置三相線圈。三相三柱對零序磁通不提供回路。當變壓器受GIC影響時，零序磁通不能通過鐵心閉合，只能通過變壓器油、油箱外殼、空氣相閉合，而這些媒介的磁阻很大，使零序直流磁通很小。三相三柱鐵心結構的變壓器受GIC的影響很小。為降低變壓器遭受GIC的影響，我們應盡量選擇三相三柱鐵心結構型式。

3.2變壓器設計加強漏磁控制

GIC使變壓器漏磁增加，變壓器油箱、鐵心金屬結構件的渦流損耗和溫升隨之增加，提高變壓器油和絕緣件的老化，降低變壓器的使用壽命。為降低GIC的影響，變壓器應該在油箱和金屬結構件上適當加設電屏蔽和磁屏蔽來降低漏磁影響。

3.3變壓器設計合理選擇鐵心磁通密度

鐵心的非線性磁化特性對變壓器磁密和勵磁電流的影響較大。變壓器磁密越小，勵磁電流越接近于正弦波，變壓器諧波電流就越小。當GIC影響時，變壓器磁密越低，勵磁電流的諧波含量也會越小。所以變壓器設計時適當降低磁密可以減小GIC對變壓器和電力系統諧波的影響。

3.4鐵心材料選擇高導磁硅鋼片

鐵心材料優劣的重要指標是硅鋼片的磁化曲線，優質的硅鋼片磁化曲線拐點比較高，當變壓器過激磁現象出現時諧波含量不會增加過多。采用高導磁硅鋼片也是抑制GIC對變壓器影響的一種方法。

3.5電力系統采取消除和減小GIC的措施

目前國內采取的主要方法有：補償法、隔離法和抑制法，通過中性點施加補償系統、電容和非線性電阻等方法來控制GIC流入電力系統，取得了一定效果。

4　結束語

本文通過介紹地磁感應電流的產生機理和地磁感應電流對變壓器的影響，通過分析提出了降低地磁感應電流對電力變壓器影響的解決措施。通過提高變壓器的設計水平以及電力系統采取抑制地磁感應電流的設備和方法，可以在GIC作用下提高變壓器的運行性能。

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林陽（1981-），男，山東榮成人，特變電工沈陽變壓器集團有限公司交流設計部部長，主要從事變壓器類產品的研發和設計工作。