摘要：本文介绍变压器直流偏磁产生的原因和机理，分析直流偏磁对变压器运行的影响，阐述变压器直流偏磁监测技术的重要性。

    0 引言
    与交流输电相比，高压直流输电具有传输功率大、输送距离远、线路损耗低、造价低、可与不同频率电网并列运行、不需考虑稳定性问题等优点，然而也存在一些问题。例如，高压直流输电为单极大地回路方式或双极中性点接地不平衡（双极不对称）方式运行时，会对中性点接地变压器产生直流偏磁；输电时，会消耗大量无功功率，需安装大量无功补偿装置；还会产生很多高频谐波，影响交流系统和附近通信设备等。其中影响最大的是变压器直流偏磁问题，该问题会影响交流系统变压器的安全稳定运行。

    1 高压直流输电引起直流偏磁的原因
    当高压直流输电为单极大地回线方式或双极中性点接地不平衡方式运行时，大量的直流电流会经换流站接地极流入大地，导致接地极附近的大地出现一个恒定直流电场，进而在大地表面产生不等的地表电位。若此区域内存在变电站或发电厂，则原本处于同电位的中性点接地的变压器间将产生一定的电位差，使中性点产生直流分量。而直流分量会在两台中性点接地的变压器、交流输电线路和大地组成的回路中流通，产生变压器直流偏磁现象。流入变压器直流分量的大小取决于变压器所在地理位置的地表电位、变压器绕组的直流电阻、变电站的接地电阻和交流输电线路的直流电阻等。高压直流输电引起直流偏磁原理如图1所示（以单极大地回路为例）。

    2 变压器直流偏磁产生机理
    直流电流经中性点入侵变压器绕组时，直流电流产生的直流磁通与变压器交流电流产生的交流磁通叠加，形成总磁通。直流偏磁时，变压器绕组中的励磁电流和铁心中的磁通波形均发生了变化，如图2所示（实线、虚线分别代表无、有直流电流作用时的情况）。
    由图2可知，变压器未发生直流偏磁时，其励磁电流和铁心磁通曲线均为正弦波且正负半轴对称，铁心也工作在线性区；变压器发生直流偏磁时，其励磁电流波形发生了畸变，正半轴波形出现尖峰且幅值增大，负半轴波形仍为正弦波，而铁心磁通波形向正半轴偏移，铁心工作在饱和区。随着直流量的增加，励磁电流波形畸变越来越严重。

    3 直流偏磁对变压器的影响
    （1）励磁电流畸变。变压器出现直流偏磁时，直流电流产生的直流磁通叠加在交流电流产生的交流磁通上形成总磁通，使变压器磁通密度增加、铁心饱和程度加深、励磁电流增加、电流波形畸变严重。
    （2）变压器振动加剧。变压器本体振动主要源于硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动，磁致伸缩使铁心随着励磁电流的变化而出现周期性振动。直流偏磁下的变压器铁心处于正半周饱和状态，磁通向正半轴偏移，励磁电流波形发生畸变，导致磁致伸缩加剧，进而加剧铁心振动；硅钢片接缝处和叠片间存在由漏磁通引起的电磁吸引力，磁饱和时电磁吸引力随漏磁通增加而增大，也加剧了铁心、紧固螺栓、引线夹件绝缘螺栓等的振动，严重时会使变压器部件出现松动现象。
    （3）变压器运行噪声增大。铁心的磁致伸缩振动和变压器紧固螺栓、引线夹件绝缘螺栓等附件的振动是变压器噪声的主要来源；其次，直流偏磁时励磁电流畸变产生各种频率的谐波分量，这些谐波分量的某一频率与变压器结构的某一部件频率相同时发生共振，使变压器噪声增大。
    （4）变压器结构附件局部过热、温度升高、损耗增加。芯式变压器的铁心拉板或壳式变压器的铁心支撑板等结构附件都采用磁性材料制成。这些结构附件通常比硅钢片厚得多，在直流偏磁作用下，表面涡流损耗会随着漏磁通的增大而增大，导致这些结构附件的温度升高。励磁电流畸变使磁通增加、谐波增加，铁心损耗和绕组损耗也随之增加。温升严重时可能会导致变压器效率降低、绝缘老化速度加快、使用寿命缩短。

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