直流偏磁时变压器铁芯的力学特性分析

李长云，刘亚魁

（齐鲁工业大学 电气工程与自动化学院，山东 济南 250353）

0 引言

大型变压器的直流偏磁现象是指由于高压直流输电工程单极大地运行方式时的地中直流[1-2]、太阳风在地球表面引发的地磁感应电流（GIC）[3-4]等致使变压器绕组中出现直流电流。直流偏磁将引起变压器铁芯出现半周饱和[5]，使得变压器局部过热，铁芯、绕组振动和噪声加剧[6]，甚至损坏变压器[7]。 当前文献对变压器直流偏磁现象的研究主要集中于以下几方面：直流偏磁时变压器励磁电流及振动的测量[6，8-9]；直流偏磁时铁芯的磁化特性及变压器的数学模型[10-11]；变压器承受直流偏磁的能力[12-13]；直流偏磁的抑制措施[14-15]等。尚未有文献对直流偏磁时变压器噪声和振动加剧的原因进行深入分析。

就变压器的振动和噪声而言，其铁芯在磁场中受到的磁致伸缩力是其振动与噪声产生的根源[16-17]。正常工况时，变压器处于正弦交变的电场中，绕组所受到的电场力可将电磁场理论和弹性力学相结合推导得出[18]；文献[19]基于铁芯的 Jiles-Atherton 模型，结合能量守恒定律研究了变压器铁芯的磁致伸缩特性。因以上文献均未考虑直流偏磁的影响，其结论能否直接应用于偏置情况尚需加以推敲。同时，变压器铁芯振动亦对其油纸绝缘系统中绝缘纸的绝缘强度有重要影响[20]。因此，为研究变压器的振动与噪声的抑制措施、明晰变压器承受的直流偏磁电流的能力，以指导变压器的设计与运行，需深入探析偏置电场中变压器铁芯的力学特性。……