1、励磁特性对变压器直流偏磁影响的计算与分析陈英慧卢铁兵李慧奇华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定，071003THE CALCULATION AND ANALySIS 0F DIFFERENT INFLUENCES TO THE DCBIASED TRANSFoRMER UNDER DIFFERENT MAGNETIZATIoNCHARACTERSChen Yinghui，Lu Tiebing，Li HuiqiSchool of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baodin
2、g，Hebei，071003摘要：随者高压直流输电(HVDC)技术的应用，在电力变压器中会出现直流偏磁现象，进而对电力系统造成影响和危害本文使用等效电路一磁路耦合法对不同直流偏置量下的励磁电流的波形及频谱进行了计算和分析，并通过实验对所用方法进行了验证。通过改变变压器铁心BH曲线，对比、分析了变压器励磁电流的波形和频谱，表明BH曲线的特性对直流偏磁分析的影响Abstract：With the application of HVDC transmission technique，the power transformerS DC bias isgenerated，which Can influe
3、nce the operation of the power systemThe equivalent coupled electric circuitand magnetic circuit method is used to solve the magnetization currents under different DC biasnemeasurement results testify the validity of the methodBy changing B-H curve of the transformer corecurrent,some results are obt
4、ained，which means the characteristics of B-H curve can play all important rolein the analysis关键词：励磁特性：电力变压器：直流偏磁Key words：magnetization character；power transformer：DC bias1引言当交直流系统并行运行、且直流系统采用单极大地|uI路的运行方式时，交流系统内的中性点接地的变压器会产生直流偏磁现象。赢流偏磁对变压器主要的影响表现在ll-41：1)噪声、振动的增加。变压器绕组中有直流偏磁通过时，变压器铁心磁通饱和且谐波分景增加，导致磁
5、滞伸缩加剧，噪声增大。直流偏磁下，变压器噪声的频率是变化的，可能会因为某一频率与变压器结构部件发生共振而导致振动的增加。2)变压器损耗和温升增加。变压器绕组中有商流电流流过时，励磁电流大幅增加，变压器磁通饱和，变压器绕组、铁心、油箱和夹件等结构件的涡流损耗增加，引起变压器顶层油温升和绕组温升的增加。3)对电嘲的稳定运行造成一定的影响。变压器存在赢流偏磁时，若铁心中磁通密度的最大值接近或达到磁化特性的饱和部分，则励磁电流的波形将严重畸变，其峰值大大增加，有可180能导致继电保护装置的误动作，影响系统的正常运行。同时，发生直流偏磁后的变压器成为交流系统中的谐波源，流经交流电网的直流电流还容易造成电
6、流互感器(CT)的赢流偏磁，从而导致CT传变特性的变化，这些都可能对交流保护的动作产生影响。可以看出，直流偏磁现象对变压器有严重的影响。为此国内外的科研院所和生产机构对如何抑制变压器的直流偏磁现象提出了很多方法和建议15捌。本文采用耦合的电路磁路方法，分析了变压器不同励磁特性对直流偏磁现象的影响。本文所得的结论对如何抑制变压器直流偏磁现象有一定的工程意义。2仿真计算21等效电路一磁路耦合法由于变压器铁心多为闭合回路，正常工作时铁心的磁阻与空气相比非常小，因此磁路分析方法是研究变压器的一种有效手段。等效电路磁路耦合法通过将反应变压器端口特性和内部电磁场分布的电路和磁路方程联合求解，能更准确地反应
7、变压器的内在属性，能更好的满足系统分析的需要。因此，使用等效电路磁路耦合法能更加快速和明晰的得到分析结果。以一个单相三柱的变压器为例进行说明。通过等效电路磁路耦合理论建立的等效电路模型如图l所示。蠢一lM篆；图1等效电路图由电路模型可以列写下列电路方程：UAC=ilRp+厶誓+M警+移Dc (1)-2苦=帆鲁 (2)其中，c为交流电源，为直流电源，尺p为一次侧线嘲电阻，厶、z2为一二次侧线醐漏电感，1、心为原边、尉边线圈匝数，为主磁通，为负载。建立的等效磁路模型如图2所示。根据回路法可以列写等效磁路方程如下：(恐+吼)ml一02一Q3=一rlfl-N2i2 (3)一q+(2心4-)西2一心m3
8、=一l一N2i2 (4)一恐q一4)2+(2+吃)03=l+2如 (5)其中，&为铁心柱的磁阻，墨为旁轭的磁阻，嘲、中2、西3为流通于各回路的磁阻，厅、尼为一次线圈和二次线圈产生的磁势，、f2分别为一次侧和二次侧电流。联立方程(1)(5)并且将微分化为差分可得电路磁路耦合方程。通过牛顿拉夫逊迭代法(NewtonRaphson method)可对耦合方程进行求解励磁电流和铁心主磁通。18lRy Ry、，V、 I ”!叼|主ql国 - R乏芋Rc图2等效磁路模型22实例计算为了验证等效电路一磁路耦合法的正确性，本文选用某变压器厂的变压器模型进行验证分析。图3为励磁电流仿真结果与实验结果的对比，其中
9、红色虚线为实验实测结果，蓝色实线为计算结果。可以看出，仿真结果与实验结果吻合的较好，因此等效电路一磁路耦合法是一种计算直流偏磁现象比较有效的方法图3励磁电流波形对比3改变变压器励磁特性的仿真分析由文献【14】可知变压器受直流影响而产生的直流偏磁现象主要是因为其励磁电流波形畸变严重，励磁电流的频谱含有丰富的谐波成分，因此如果能够抑制变压器励磁电流的畸变将会对变压器直流偏磁现象有一定的抑制作用。图4为改变变压器的BH曲线与实测模型变压器曲线的对比情况。182惶竹。量eg馨2O图4 B-H曲线改变的对比星嘉萄函_1荔i茹r1高广赢r舀r1萄一 时间Is图5改变前的励磁电流波形 I；f善一时间【】图6
10、改变后的励磁电流波形图7改变前的励磁电流频谱 图8改变后的励磁电流频谱从图5一图8的对比可以看出，改变变压器铁心的BH曲线后，变压器的励磁电流波形畸交减小，其各次谐波也得到了很大程度的抑制。因而，在变压器的生产制造过程中，整个铁心的制作工艺对变压器偏磁现象是有影响的。4结论直流偏磁是电力变压器的一种非正常工作状态，直流偏磁问题的研究对于变压器制造厂家和电力系统都是十分重要的。本文通过等效电路一磁路耦合法对变压器的直流偏磁现象进行了仿真计算，183并与实验测得的励磁电流波形进行了对比。并且使用等效电路磁路耦合法通过改变变压器铁心的BH曲线，对变压器励磁特性对变压器直流偏磁现象的影响进行了计算与分
11、析。本文得到国家自然科学基金县项目(No50677016)的资助。参考文献123E43C536783184马玉龙高压直流输电系统稳定性分析：博士学位论文，北京：华北电力大学电力系，2006梁雪迪西北电网地磁感应电流问题的分析和研究：硕士学位论文，北京：华北电力大学电力系，2006王倩直流输电及磁暴引起的变压器直流问题的分析：硕士学位论文，北京：华北电力大学电力系，2006Ramsi S SGirgi SCalculation Techniques and Resul ts of Effects of GIC Currentsas Applied to Two Large Power Transformers IEEE Transactions on PowerDelivery，1991，7(2)：699“705曹林，曾嵘，赵杰，等高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究高压电器，2006，42(5)：346“-348，354皇甫成，阮江军，张字，等变压器直流偏磁的仿真研究及限制措施高电压技术，2006，32(9)：117120朱艺颖，蒋卫平，曾昭华，等抑制变压器中性点直流电流的措施研究中国电机工程学报，2005，25(13)：l7陈青恒变压器发生直流偏磁时的谐波分析和治理广东电力，2006，19(11)：34“38
