单相变压器直流偏磁的仿真与试验分析

储朝晖 傅正财

（上海交通大学电气工程系，上海 200030）

1 引言

直流输电有单极和双极两种运行方式，当单极运行或双极中有一极检修或故障退出运行时，直流单极经大地形成回路。直流电流流入大地，通过交流变压器的中性点接地流入交流变压器，从而引起变压器直流偏磁。直流偏磁会影响变压器的正常工作，导致变压器励磁电流波形畸变、高次谐波增加，变压器构件温度显著升高、振动噪声增大，变压器绝缘老化加快从而使得运行使用寿命缩短等一系列后果[1]。随着我国超高压直流输电网络不断扩大，直流输电引起交流变压器直流偏磁将会越来越频繁，所以有必要对直流偏磁做深入研究。

目前国内外开展的直流偏磁研究工作主要集中在对变压器励磁电流的分析以及直流偏磁变压器计算模型的推导[2-6]。直流偏磁对变压器内部磁场分布影响的分析鲜见报道。本文首先对单相三柱变压器额定负载和空载两种状态进行了直流偏磁试验，分析了直流偏磁对励磁电流波形和谐波产生的影响。然后利用PSPICE软件中基于Jiles-Antherton理论建立的变压器模型和本文试验测得的励磁电流波形，求得较为精确的变压器铁心磁化曲线。最后结合求得的磁化曲线数据，采用三维有限元非线性算法研究直流偏磁前后变压器铁心瞬时磁通密度分布、磁通密度谐波的变化情况。

2 单相变压器直流偏磁试验

模型单相变压器参数为：额定容量500VA，额定电压 220V/380V，绕组直流电阻 3.0/7.2Ω，匝数360/204。……