变压器中性点的直流偏磁电流检测研究

变压器中性点直流电流影响及抑制措施陈贤（广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州516082）摘要：本文主要针对变压器中性点中直流电流的影响作出研究与分析，并介绍了几种抑制措施。

关键词：变压器；中性点；直流电流；影响；措施前言：随着我国电力行业的迅速发展，大容量、长距离的高压直流输电成为解决现代电力需求矛盾的主要办法。

在直流电双极不平衡方式或者单级大地回路方式运行时，大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响,特别是会对接地极附近中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁,这不仅增加了变压器的无功消耗,影响变压器的正常运行,引起继电保护误动,而且引起的谐波大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响,从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行[1]。

因此,由直流电流引起的变压器直流偏磁成为电力系统急需研究解决的问题。

一、变压器中性点直流电流的形成与影响在我国高压直流输电的几乎都是双极中性点单端接地方式的系统。

虽然正常运行时两极电流相等，地回路中的电流为零，但是只要是运行过程中两极的电流不相等，接地极都会有电流流过，在直流输电线路和大地间形成回路。

在我国，110kV 及以上电压等级系统中性点采取直接接地。

如果出于不同地点的变电站的中性点电位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由一个变压器中性点流入，在另一个变压器中性点流出[2]。

其中流经两台中性点接地的变压器的直流电流分量，取决于两台变压器所在点的电位，变电站接地电阻、变压器绕组直流电阻和线路的直流电阻等因素，当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起铁心磁饱和，从而导致励磁电流波形发生畸变，从而引起变压器发生直流偏磁。

我国许多直流输电接地极额定电流高达3KA ，必然影响极址周边中性点接地变压器的正常工作。

图1直流偏磁对励磁电流的影响变压器中性点流入直流电流时，产生直流偏磁的励磁特性曲线和输出电流变化情况如图1所示。

图1（a ）所示为铁芯磁通曲线，图1（b ）为变压器磁化曲线，图1（c ）为励磁电流曲线。

基于等效电路-磁路耦合法对变压器直流偏磁的研究
的开题报告
一、选题背景和意义
变压器是电力系统中必不可少的重要设备之一，其用途包括变换电压、隔离电压、提高或降低电压等。

然而，在变压器中，直流偏磁是一种常见的现象，它会导致变压器的工作出现问题，如降低变换效率、增加损耗、使电流失真等。

因此，研究变压器直流偏磁的原因及其治理方法对于保证变压器的正常工作具有重要意义。

二、研究内容和方法
本课题将基于等效电路-磁路耦合法，研究变压器直流偏磁的问题。

具体研究内容包括：建立变压器等效电路模型，考虑变压器坐标系下的漏磁系数和相对磁导率的影响，以及变压器磁路中的饱和效应等；在此基础上，将电压源改变为含有直流偏磁的直流电压源，进而研究直流偏磁对变压器的影响及其治理方法。

三、研究预期结果
通过本研究，将得到变压器直流偏磁的形成原因、影响机理等方面的深入了解，并且将提出针对直流偏磁的治理方案。

此外，本研究还将为变压器设计、制造和运行提供参考价值，提高变压器整体使用效率。

四、研究应用前景
变压器是电力系统中的基础设备，其使用广泛。

本研究的成果可以为变压器的生产和使用提供重要的参考意见，并且可以在电力系统的设计和优化方面发挥积极作用。

此外，相关研究成果还可以为其他领域的相关问题提供参考价值，有着重要的应用前景。

[摘要]随着直流输电系统的日益发展，直流输电距离不断加长，输送容量不断加大，直流偏磁对换流站周边的发电厂和变电站主变压器的影响也不断加剧，本文对直流偏磁产生的原因进行了说明，对现有主变压器直流偏磁抑制措施及优缺点进行了阐述，并对今后主变压器直流偏磁研究进行了展望。

[关键词] 直流偏磁对变压器的影响防治措施1直流偏磁产生的原因直流输电系统以输送距离长，输送容量大及损耗小等特点在中国得到越来越多的应用。

当直流输电系统在调试检修期间或发生故障时，将会以单极大地的方式运行。

这时，大地作为回流电路，可能会有高达数千安的直流电流流过。

直流接地极附近的电场分布由于流过直流电流而大大增加，接地极附近出现较高的地表电势。

随着距离的增大，地表电势逐渐降低。

由于不同地点间的地表电势不同，在这一地区的交流电网中，将会有直流电流从接地的中性点流入变压器再通过输电线路流向远方。

变压器绕组流过的直流电流导致运行中的变压器产生直流偏磁，给变压器本身和交流电网的安全运行造成不良影响。

在线运行的变压器绕组内产生较大的直流原因，可以由如下原因引起：（1）太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”。

地磁场的变化将在地球表面诱发电位梯度，其大小取决于地面电导率和地磁风暴的严重程度，当这一低频且具有一定持续时间的电场作用于中性点接地的电力变压器时，将在绕组中诱发地磁感应电流，其频率在0.01~1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可以近似看成直流。

其值较大，但持续时间短。

（2）直流输电线路与交流输电线路的并行运行或交流网络中存在电压电流关系曲线不对称的负载。

直流输电系统常常采用单极运行方式，因为可以利用大地这个良导体，省去一根导线而节约成本。

由于地下长期有大的直流电流流过，因而在其换流站周围一定区域中会产生地表电流，与其并行运行的交流输电系统变电站中的变压器如果距离换流站不远，就会受到干扰，这种干扰作用的直接表现就是通过交流变压器的接地中性点在交流变压器的励磁电流中产生直流分量。

直流偏磁对变压器的影响研究摘要：随着我国超特高压直流输电工程规模的日益扩大，其影响也日渐突出。

当直流输电工程在单级大地方式下运行时，会使接地极附近的变压器产生直流偏磁现象。

直流偏磁是变压器的一种非正常运行状态，严重时可能危及变压器及电网的安全稳定运行。

本文分析了直流偏磁产生的原因，研究了直流偏磁对变压器运行产生的影响，详细分析了不同结构变压器受直流偏磁的影响程度，并分别阐述了直流偏磁对变压器励磁特性、铁芯振动和绕组振动的影响。

关键词：直流偏磁；变压器；励磁特性；铁芯振动；绕组振动；影响随着超特高压输电的发展，交直流混合输电的模式逐渐形成，交直流系统互相干扰的问题也随之出现。

当直流线路采用单级大地回路方式或双极不对称方式运行时，通过直流系统的接地极流入大地的直流电流将对交流电力系统内的变压器产生影响，使之发生直流偏磁现象。

变压器在直流偏磁状态下工作点会发生偏移，会导致谐波分量增加，变压器损耗加剧，振动增加，严重时还可能导致继电保护装置误动作，从而对电网稳定性产生很大影响。

一、直流偏磁产生的原因分析直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量，导致铁芯半周期磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应。

直流偏磁的产生主要有以下两种方式：（1）直流输电产生的地中直流电流。

交流输电线路与直流输电线路在并行运行时，当输电中高压采用单极大地回路方式运行或双极不平衡方式运行时，会引起两个变电站接地网之间存在电位差，这时电流将有一部分流经变压器中性点，在中性点接地变压器上流过直流分量，由此会引起变压器的直流偏磁现象。

（2）地磁暴产生的地磁感应电流。

地磁暴是一种自然灾害，它是由太阳风、地震、火山爆发等自然现象引发的一种地磁波动现象。

然而在地磁暴发生时会对地产生地磁扰动，与地磁场之间相互作用会产生地磁感应电流，通常这种电流的频率为0.001~0.1Hz之间，相对于50Hz或60Hz的工频交流电流而言相差很大，因此可近似认为此地磁感应电流为准直流电流。

城市地区主变压器偏磁研究处理摘要：随着我国电力行业的迅速发展，大规模跨区域输电成为未来电网发展的必然趋势，直流输电系统以其不受交流输电稳定性问题制约、长距离同等容量投资省、占地少等诸多优点在电网中得到越来越广泛的应用，大容量、长距离的直流输电成为解决电力需求矛盾的重要方法之一。

但在直流输电单极大地回线方式或双极不平衡方式运行时，直流电流通过主变压器中性点串入交流系统，变压器将产生了直流偏磁问题；由太阳耀斑活动引起的地磁暴也会造成同样的问题。

因此，直流偏磁成为了电力系统急需研究解决的问题。

关键词：主变压器；偏磁研究处理；随着直流输电在电力系统中应用范围越来越广，直流输电引起的直流偏磁对主变压器安全运行的影响必须引起相关单位的重视。

一、偏磁对主变压器的影响变压器在直流偏磁情况下，直流磁通和交流励磁磁通相叠加，总磁通密度会与直流偏磁同方向偏移，导致半个周期的磁通密度增加，另半个周期的磁通密度减小，所对应的励磁电流波形呈现正负半个周期不对称的形状。

不对称的励磁电流含有多次谐波，直流偏磁使变压器成了交流系统中的谐波源。

谐波流入系统的后果是系统电压波形畸变、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和断路器恢复电压增高。

直流偏磁还会引起变压器磁路饱和，励磁电流增大，增加变压器铁损，使系统无功补偿装置过载或系统电压下降。

变压器偏磁还会引起硅钢片的磁致伸缩，导致变压器的噪声和振动加大。

二、城市地区主变压器偏磁研究处理1.电容隔直装置的运行。

电容隔直装置的接入一般采用标准接入方式，由于考虑某些实际主变负荷过重，且无法轻易转移负荷将主变停电接入隔直装置，故研究采用主变不停电接入方式。

主变压器投运后，方可投入相应的中性点隔直装置。

正常运行时，中性点隔直装置应处于自动工作模式。

当隔直装置面板显示Idc ＞ 1A 时或其他异常信号时，立刻通知检修人员并做好退出装置准备。

退出隔直装置前，应合上主变压器中性点接地隔离开关。

Power Technology︱224︱2017年7期简论直流偏磁对变压器的影响及治理方法黄克峰广州高澜节能技术股份有限公司，广东 广州 510663摘要：直流偏磁现象主要是：流经绕组的直流电流作为变压器励磁电力组成部分，其直流电流能够让变压器铁芯偏磁，使变压器特点发生变化，让原有磁化曲线区域部分移动至铁芯磁饱和区域，进而造成变压器振动增加。

本文介绍了直流偏磁对变压器的影响与治理方法。

关键词：直流偏磁；变压器；影响与治理；方法分析中图分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0224-01笔者以某企业±800kv 直流超高压直流输电线路为例。

该直流超高压直流输电线线路接地极附近，宾金直流工调试时，在不对称运行形式情况下，换流站接地极附近110kv、220kV、500KV 中性点接地运行的多台变压器出现噪音、振动等现象，检测中性点直流电流大者超过90A，远大于主变压器额定直流电流，现场测试变压器噪声超过100dB，运行状况恶劣。

直流偏磁问题严重影响变压器安全运行与使用年限，而影响企业生产安全。

所以，直流偏磁对变压器治理成为保证变压器安全运行必要措施。

1 变压器直流偏磁影响因素 我国交流电网中，高压变压器（110kV，220kV，330kV，500kV 等）中性点接地方式采用金属接地方式，高压电网线路通过变压器中性点金属接地。

如果交流电网中两个不同变压器中性点接地点的大地之间存在电位差，就会在这两个变压器及连接线路中形成直流电流。

直流电流从中性点流入变压器的三相绕组及输电线路，过程中，将在铁芯磁通内出现直流分量，而造成磁通偏差励磁电流高度发生变形，变压器发生直流偏磁问题。

电网实际运行中，有几个现象可以引起大地的地电位差。

第一，太阳等离子风活动造成“地磁暴”将在地表出现电势差，引起的地磁感应电流在中性点接地变压器中发生直流电磁。

第二，超高压直流输电不平衡运行，特别是单极大地回路作业过程中，直流输电线路向换流站的接地极注入大量直流电流，由于地电阻的存在，大地电位以接地极为中性呈环形分布，距离越近电位越高，引起的直流偏磁问题越大。

特高压变压器直流偏磁计算及无功功率特性研究摘要：地磁暴以及高压直流的输电单极回路所呈现的运行方式都很有可能会在交流电网当中形成直流分量。

而只直流分量经过变压器的中性点而流入到变压器当中，导致直流偏磁的情况出现，致使变压器铁芯的半周形呈饱和状态。

而且导致励磁电流的谐波增加、变压器的局部过热、无功消耗提升以及振动噪声加大等各种问题出现。

继而导致继电器以及测量设备的误操作，让电压形成十分大的波动，甚至会形成大范围停电的情况出现，给电网以及其中主要设备稳定的运行形成损害。

关键词：特高压变压器直流偏磁计算无功功率特性1无功率的机理以及计算方法1.1机理在变压器出现直流偏磁的时候，从中性点流入到直流电流，形成直流磁通，致使变压器磁通的曲线形成整体的上移或者下移，继而导致变压器磁通出现半波饱和的情况。

而这种现象会致使励磁电流的幅值增长，正半波跟负半波之间不对称，亦或是波形畸变等各种问题。

畸变的电流当中包括基波、直流分量和各个次谐波的分量，其中基波和次谐波都是正弦量，是变压器在直流偏磁的过程当中所形成的无功功率源。

而直流偏磁的电流越大的话，直流波所呈现的形变就会越严重，同时无功功率也会增加。

电网在规模上通常是比较大的，而且其中所包含的变压器在数量上较为庞大，直流偏磁的时候多个变压器所形成的无功波动将非常有可能会导致系统电压出现不够稳定的情况。

1.2计算方法在变压器进行直流偏磁的时候，励磁电流的波形会呈现畸变，在偏磁之下的无功功率计算是在非正弦的情况之下无功功率计算的范围。

现在针对于非正弦条件之下无功功率具有非常多的定义，而最为突出的要数Budeanu频域分析法以及Fryze时域分析法这两种。

前者的计算公式（公式一）是：。

在这个公式当中，Un和In分别是n次谐波的电压以及电流的有效值。

n是n 次谐波在电压跟电流间所形成的相位角。

Qn是n次谐波所对应的无功功率。

后者所呈现的计算思路主要是将电流依据电压的波形分解成为有效电流（ip）以及无功电流（iq），有效电流所呈现的波形跟电压波形之间呈现的状态时完全相同的。

第一章绪论1．1直流偏磁的来源和认识1．1．1直流偏磁的来源直流偏磁是指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【1】。

直流偏磁的产生有很多原因，太阳磁暴也是其中的一种，直流偏磁将导致变压器的温度升高，噪声增加和振动加剧等目题，在变压器运行中必须引起注意。

在高压直流输电过程中，直流偏磁电流的产生原因有两种，一种是由于太阳磁暴产生的地磁感应电流，这种地磁感应电流的频率很低，一般情况下，这种地磁感应电流的频率为0．01一O．1Hz，相对于工频电流来说，可以作为准直流电流来处理[2]；另一种是交直流电网共同运行的时候，尤其是当高压电网采用单极大地回路方式运行的时候，由于各个接地点之间存在一定的电位差，这个电位差会使褥从变压器一次侧的中性线向变压器注入一定的直流电流。

这些直流电流对于电力变压器的运行会产生很大的影响[3]。

在高压直流输电中，线路一般都采用单极大地回路的方式运行，例如天广输电网就是采用这种运行方式，直流单极大地回路运行方式受到直流偏磁影响时，会使得电网内部部分变压器振动加剧，噪声增加，三广直流输电线路投运以后类似事件一直出现。

在电网中，很多变压器都受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极【4】。

事件初期，曾经怀疑主要是换流站的谐波电流所致，之后逐渐将注意点集中到中性点接地变压器的直流偏磁上，为了验证这些变压器正是受到了直流偏磁的影响，在实际工程中采用了这样的方法：在检测电网及电厂变压器振动噪声与诣波的同时，也检测中性线直流电流的大小，希望从中找到线索。

然而，在进行检测中性线中的直流电流之前，应当明确下面的几个问题：大地电流如何流入变压器的中性线?其大小又与哪些因素有关?直流偏磁是否影响变压器的安全运行?如何有效消减变压器中性线中的直流电流?对于上面的这4个问题，人们J下在努力地寻找答案。

由于单极大地回路运行方式被很多国家认为是直流输电的主要运行方式之一，而建设与规划中的南方电网将有更多的直流线路投入运行，这部分直流输电线路采用的币是单极大地回路运行方式，所以研究大地直流对于交流系统的干扰，并且在此基础上提出消减大地直流对于交流设备安全影响的工程方案已经刻不容缓[5】。