变压器直流偏磁问题的成因

直流偏磁是指在变压器励磁电流中出现了直流分量，导致变压器铁心半周磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应。变压器正常工作在交流过励磁情况下，铁心磁通密度增加，励磁电流产生畸变，变压器工作在磁化曲线非线性的区域，励磁电流波形为尖顶波，且正负半波对称，变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相叠加，与直流偏磁方向一致的半个周波的铁心饱和程度增加，另外半个周波的饱和程度减小，对应的励磁电流波形呈现正负半波不对称的形状。

直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，由于变压器的原边等效阻抗对直流分量只呈现电阻特性，且电阻很小。因此，很小的直流分量就会在绕组中形成很大的直流激磁磁势，该直流磁势与交流磁势一起作用于变压器原边，造成变压器铁心的工作磁化曲线发生偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。引起变压器直流偏磁的原因各异，主要包括直流单极大地回线运行和地磁场扰动。

直流输电系统的在双极不对称或单极运行时，将有一定的直流电流通过直流系统接地极流入大地，同时在大地表面形成不等电位，这时直流电流可能通过变压器中性点进入变压器绕组，在变压器绕组中形成直流电流，变压器磁密工作点发生偏移，使变压器产生直流偏磁，严重危害电力系统的安全运行。目前广东电网、江苏电网、贵州电网和宁夏电网的实际运行经验均表明，直流输电工程的入地电流对区域电网安全运行造成不利影响。直流偏磁危害主要有以下几个方面：

（1）变压器噪声和振动加剧

由于变压器磁滞伸缩的原因，当变压器发生直流偏磁时，铁心的伸缩、振动幅度将增大，从而导致噪声增大；同时，由于磁滞伸缩产生的震动非正弦的，其噪声包含多种谐波分量，当某一分量与变压器构件发生共振时，噪声将更大，有可能导致变压器内部零件松动、绝缘受损。2004年3月3日，天广直流和三广直流同时同极性单极大地回线运行时，岭澳主变中性点最大直流电流达到43A，岭澳核电站主变压器先后发现不同程度的铁心绑带松脱、铁心柱弯曲、铁心片叠片串片等问题；两台变压器还由于铁心柱严重弯曲和铁心片叠片串片，造成绕组内部短路，不得不返厂维修。2002年12月，龙泉–江苏政平500kV直流输电工程调试，常州武南两组500kV主变压器中性点直流电流达到了12.8A，噪声最高达91.4dB。朝阳变电站2009年2月4日因主变噪音过大，引起周围社区群众抱怨并围困变电站。

（2）电压波形畸变

由于变压器铁心发生直流偏磁，严重时铁心可能工作在饱和区，从而使变压器漏磁通增加，使电压波形发生畸变。2004年5月贵州高坡–广东肇庆直流输电在单极大地回线运行方式下，广东电网220kV春城站主变压器中性点直流电流达到34.5A，噪声达到了93.9dB，谐波电压总畸变率达2.1%。

（3）产生谐波

正负半波对称的周期性励磁电流中只含奇次谐波。由于直流偏磁的作用，使半波深度饱和的变压器励磁电流中出现了偶次谐波。此时，变压器成了交流系统中的谐波源，可能会造成补偿电容器组发生谐波放大甚至谐振，危害电容器组的安全运行。在三广直流输电系统发生单极大地回线运行时，广东电网500kV惠州变电站监测到主变低压侧第2、3组电容器的4次谐波电流有效值达到200A。由于谐波电流严重超标，第2、3组电容器曾先后发生过5次爆炸事故。

（4）变压器无功损耗增加

由于直流偏磁引起变压器饱和，励磁电流大大增加，使变压器无功损耗增加，它可使系统电压下降，严重时可使整个电网崩溃。

（5）继电保护系统故障

由于变压器直流偏磁引起的波形严重畸变，会导致部分继电保护装置不能正确动作，其产生的零序次谐波（如3/6/9次谐波）可能导致零序电压或电流启动的继电保护装置误动。