直流偏磁對變壓器的影響

盛文韜 湖南省長沙市長郡中學(xué)

直流偏磁對變壓器的影響

盛文韜 湖南省長沙市長郡中學(xué)

在直流輸電、地磁感應(yīng)電流等運行方式的影響下，中性點接地變壓器在運行過程中，會常常通過電流，影響了變壓器的安全、穩(wěn)定運行，在我國超高壓直流輸電工程的發(fā)展下，這種問題日益嚴(yán)重。本文首先分析了直流偏磁對變壓器的影響，并探討出針對性的解決對策。

直流偏磁 變壓器 影響

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，直流輸電系統(tǒng)日益發(fā)展并完善。為了滿足現(xiàn)代電力需求，直流輸電的容量越來越大，距離也越來越長，但在某些特殊情況下，直流電源會使變壓器產(chǎn)生直流偏磁的現(xiàn)象，具有一定危害性，因此解決直流偏磁問題成為電力系統(tǒng)的首要任務(wù)。本文將從直流偏磁的產(chǎn)生原因、對變壓器的影響和抑制措施這三方面進(jìn)行簡單介紹。

1 直流偏磁產(chǎn)生的主要原因

1.1 地磁感應(yīng)電流的影響

地磁感應(yīng)電流的產(chǎn)生是由于地磁場的存在。經(jīng)調(diào)查報告分析不難看出，由于地磁感應(yīng)電流而造成的事故大都發(fā)生在高緯度長距離，并且輸電線路為東西走向的地區(qū)。

1.2 單極大地回線的影響

當(dāng)直流輸電系統(tǒng)的運行方式為單極大地回線時，陸地就會被引入直流電源，成為回流電路。在這種情況下，直流電源就會從接地的中性點竄入變壓器，進(jìn)而引起直流偏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 直流偏磁對變壓器的影響

當(dāng)直流電流流經(jīng)繞組時，鐵芯會發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象。直流偏磁對變壓器甚至整個電網(wǎng)有著不可忽視的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 變壓器產(chǎn)生大量諧波

在直流偏磁的情況下，當(dāng)變壓器的工作點到達(dá)飽和位置時，會使勵磁電流產(chǎn)生非線性變化，進(jìn)而使電壓波形畸變。當(dāng)鐵芯到達(dá)飽和位置時，勵磁電流轉(zhuǎn)變?yōu)榧忭敳?，諧波電壓畸變率增大，進(jìn)而產(chǎn)生大量諧波。

2.2 振動噪聲增大

變壓器的勵磁電流在直流偏磁的情況下包含了偶次諧波分量和奇次諧波分量。當(dāng)直流電源等于或大于額定勵磁電流時，變壓器鐵芯的振動加快，從而產(chǎn)生的噪音越來越大；當(dāng)變壓器的諧波分量增加時，會在一定程度上改變噪音頻率。

2.3 無功損耗增加

無功損耗會隨著直流電流的增大而增大，這是由于當(dāng)變壓器達(dá)到飽和時，會增大勵磁電流，無功功率增大，進(jìn)而增加無功損耗。過量的無功損耗具有嚴(yán)重的危害性，例如：使電壓下降，無功補(bǔ)償裝置過載，甚至危害整個電網(wǎng)。

2.4 增加變壓器的損耗

變壓器的損耗主要來源于銅耗和鐵耗。其中銅耗可以分為附加銅耗和基本銅耗，是由于變壓器的勵磁電流的增加導(dǎo)致的，經(jīng)研究表明，變壓器的銅耗主要來源于基本銅耗。變壓器的鐵耗和銅耗差不多，也分為附加鐵耗和基本鐵耗，是由于變壓器的漏磁通量的增加導(dǎo)致的。與銅耗不同的是，鐵耗主要來源于附加鐵耗。

2.5 使支撐板的溫度升高

在鐵芯的表面就是支撐板，厚度較大。變壓器的諧波會造成渦流損耗，增大鐵耗。而直流偏磁程度越深，變壓器的漏磁越大，渦流損耗越大，最終引起支撐板溫度的升高。但是，如果支撐板的原材料為非磁性材料時，其溫度就會大大降低。

2.6 繼電保護(hù)系統(tǒng)故障

變壓器產(chǎn)生的諧波會干擾許多設(shè)備，如測量設(shè)備、保護(hù)繼電器等，引起系統(tǒng)設(shè)備或元件等發(fā)生故障。通常情況下，變壓器的勵磁電流比允許直流電源小，因此直流偏磁也有可能是變壓器中流過的少量電流引起的。

3 直流偏磁抑制措施分析

由此可以看出，直流偏磁對變壓器有著一定的危害作用，因此應(yīng)該積極采取有效措施來抑制直流偏磁。目前社會上可以采取的措施主要有串聯(lián)電容法、反向電流法和串聯(lián)電阻法。下面將對這三個方法進(jìn)行簡單介紹。

3.1 串聯(lián)電容法

在地與變壓器的中性點之間以串聯(lián)的方式接入電容、旁路開關(guān)和火花間隙，可以用來隔斷直流電源。但在實際操作過程中，串聯(lián)電容法會同時增大這個中性點的直流電流，從而使變壓器產(chǎn)生直流偏磁。

3.2 反向電流法

此方法是將直流電源接入到變壓器的中性點上，通過特定的設(shè)備來提供大電壓和反向直流電流，還可以在變壓器內(nèi)接入一個消磁線圈，這兩種做法都可以使變壓器中的直流偏磁現(xiàn)象削弱甚至抵消。但另一方面，這個方法所需裝置的價格非常高，在實際應(yīng)用中還存在一定的難度，因此這個方法還待考究。

3.3 串聯(lián)電阻法

在這個方法中是將小電阻接入到中性點中，可以降低中性點中的直流電流，從而降低中性點的電流，使直流電流的分布得以改變，最終達(dá)到有效避免直流偏磁作用的目的。

綜上所述，直流輸電系統(tǒng)的快速發(fā)展引起變壓器產(chǎn)生直流偏磁的現(xiàn)象，而這一現(xiàn)象嚴(yán)重影響了變壓器的運行的安全性和穩(wěn)定性。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，除了要加強(qiáng)相關(guān)問題的研究外，相關(guān)部門也要結(jié)合實際，采用合理的方法來解決這一大難點問題。

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