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(yùn)行方式的影響下，中性點(diǎn)接地變壓器在運(yùn)行過程中，會常常通過電流，影響了變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)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(bào)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(yùn)行方式為單極大地回線時(shí)，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(diǎn)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(shí)，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(gè)電網(wǎng)有著不可忽視的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(diǎn)到達(dá)飽和位置時(shí)，會使勵(lì)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(shí)，勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)變?yōu)榧忭敳ǎC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(lì)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(lì)磁電流時(shí)，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(shí)，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(shí)，會增大勵(lì)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(gè)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(lì)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(shí)，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(lì)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(gè)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(diǎn)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(shí)際操作過程中，串聯(lián)電容法會同時(shí)增大這個(gè)中性點(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(gè)方法所需裝置的價(jià)格非常高，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的難度，因此這個(gè)方法還待考究。

3.3 串聯(lián)電阻法

在這個(gè)方法中是將小電阻接入到中性點(diǎn)中，可以降低中性點(diǎn)中的直流電流，從而降低中性點(diǎn)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(yùn)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(shí)際，采用合理的方法來解決這一大難點(diǎn)問題。

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