变压器直流偏磁问题的成因与危害.doc

变压器直流偏磁问题的成因与危害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1-5。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。