摘 要

当变压器中有直流量流入时，产生直流磁通，使铁心磁通趋于饱和，因此在励磁电流中会产生大量谐波分量，导致变压器温度上升，发热使变压器损耗增加，从而导致变压器局部过度发热，噪声变大，振动频率加快，系统电压下降，继电保护出现不正当动作以及其它一系列危险动作，严重影响到电网的安全运行。

本文主要对直流偏磁和变压器励磁涌流的原理，危害及国内外研究现状进行简单介绍。之后通过J-A模型和MATLAB软件对单相和三相变压器进行了仿真，通过注入不同数值的直流，得到了它们的磁化特性曲线和励磁电流的波形图。通过分析这些仿真，得出直流偏磁对变压器的具体影响。最后得出有直流量入侵时，不会对系统运行造成影响，但是会使变压器损耗增加。

本文最后提出了三种减少直流偏磁的危害的措施：（1）串联电容法（2）串联电阻法（3）反向电流法。

关键字：直流量，励磁电流，直流偏磁，谐波。

ABSTRACT

When the transformer is in direct flow, produce DC magnetic flux, the flux saturation, resulting in a large number of harmonic components in the excitation current, cause transformer temperature rise, heating the transformer loss increase, resulting in transformer partial overheating, noise and vibration frequency is increased, the system voltage drop, relay protection does not appear proper action and a series of other dangerous actions, seriously affect the safe operation of power grid.

In this paper, the principle of DC bias and transformer inrush current, the harm and the current research situation at home and abroad are briefly introduced. After the single-phase and three-phase transformer is simulated by JA model and MATLAB software, through direct injection of different values, the waveform of the magnetization characteristic and excitation current of the. By analyzing these simulation results, the influence of DC bias on transformer is obtained. Finally, it is concluded that the direct flow invasion will not affect the operation of the system, but will increase the transformer loss.

Finally, three measures to reduce the harm of DC bias are put forward: (1) series capacitor method (2) series resistance method (3) reverse current method.

Keywords: Direct flow, Excitation current, DC bias, Harmonic.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景，目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 直流偏磁的研究现状 2

1.2.2 变压器励磁涌流的研究现状 4

1.3本文主要研究工作 5

第2章 直流偏磁的机理，成因及危害 6

2.1变压器直流偏磁的机理 6

2.2直流偏磁产生的原因 7

2.3直流偏磁的危害 7

2.3.1产生谐波 7

2.3.2噪声增大 7

2.3.3变压器损耗增加 8

2.3.4对铁芯拉板的温升影响 8

2.4变压器允许的直流电流 9

第3章 直流偏磁条件下单相变压器的仿真分析 10

3.1 J-A模型的基本概念 10

3.1.1原模型的原理 10

3.1.2逆模型的原理 11

3.1.3 J-A模型中存在的不足 14

3.2直流偏磁条件下变压器的模型 16

3.3仿真结果 17

3.4结论 21

第4章 直流偏磁条件下三相三柱式变压器的电路-磁路耦合模型 22

4.1三相三柱式变压器电路模型 22

4.2三相三柱式变压器的磁路模型 23

4.2.1 三相三柱式变压器的磁路模型 23

4.2.2 曲线 24

4.3计算方法 25

4.4仿真及计算结果 27

4.5结论分析 31

第5章 直流偏磁的抑制措施 32

5.1串联电容法 32

5.2串联电阻法 32

5.3反向电流法 33

5.4抑制方法总结 33

第6章 结论 35

参考文献 36

附录A 38

致谢 49

第1章 绪论

1.1课题研究的背景，目的及意义

当直流电流进入变压器时，产生直流磁通，会使铁心磁通趋于饱和，因此会在励磁电流波形中出现大量的谐波分量，就会使变压器的损耗增加，当直流电流入侵时间过长，某些金属部件就会温度上升，过度发热，噪声变大，振动频率加快，系统电压下降，继电保护出现不正当动作以及其他一系列危险的现象，严重威胁电网安全运行。为此我们要对本课题进行研究，以减少电网运行不安全所带来的损失。根据我国国标规定，在不超过额定电压的百分之五的情况下，电力变压器也应该能够长期无障碍的运行，这时电力变压器的励磁电流比额定电流大百分之五十，这也就是说，当变压器的有直流量流入时，所引起的励磁电流增量只要不超过额定电流的百分之五十，直流偏磁的影响还是可以接受的^[1]。弓弧电网是我国高铁运行时提供动力的核心，随着我国社会的进步，高铁越来越发达，运行的速度也越来越快，从而使弓弧离线率较以前明显增加了许多，因此导致弓弧电弧时常发生，严重的威胁到高铁的安全运行，以及对乘客的人身安全造成无法估计的威胁，也对高铁未来的发展有着巨大的影响。在弓网电弧滑板和接触网导线触及或者是相分离的那一瞬间，受到强电场作用，弓网之间的气隙在被击穿时会因此引发弓网电弧；并且能量的激变会导致电网所在机车的各种物理参数发生显著变化，导致器件中产生了离线过电压。在弓网电弧电压和电弧电流中存在着大量的直流电流分量和高次谐波，当其中的直流电流分量侵入车载变压器时，就会使车载变压器中的励磁电流发生畸变、铁心磁通趋于饱和，严重的影响车载变压器的正常工作，从而影响了高铁的安全运行^[2]。由此可见研究直流偏磁对变压器励磁电流的影响对我们国家的动车更好的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。所以作为大学生的我们要更加努力研究出更好的办法解决或抑制直流偏磁，来减少不必要的损失。

直流偏磁现象是指当有直流入侵变压器时，就会在变压器的励磁绕组回路中产生直流磁通，使变压器铁心中的磁通趋于饱和，励磁电流因此也会受到影响，就会增加变压器的负担，造成不良后果，对变压器的正常运行造成了影响。根据国内的学术研究以及一些具体实验数据表明，直流偏磁现象主要由三点原因造成：第一是由于太阳磁暴的发生，产生磁场，使大地的一部分处于磁场中，通过理论分析，这种磁场是处于暂态波动的状态，很不稳定。由于存在磁场，使地表产生了感应电势，虽然地磁感应电流有频率，但是频率很低（一般在1.2V-1.6V/km之间），相对于工频电流的频率来说，可以忽略不计，因此可以认为是直流^[3]。我国地域广阔，输电线路横跨幅度较大，距离长，受到地磁感应电流影响的几率很大，并且地磁感应电流会在输电线路中产生直流，对变电站中的变压器造成影响，所以研究直流偏磁对我国的电网输送发展有着十分重要的意义。