特高压变压器直流偏磁对绕组电流的影响
为了快速而准确地分析特高压变压器负载下直流偏磁对各绕组电流的影响，高电压与电磁兼容北京市重点实验室（华北电力大学）的研究人员李冰、王泽忠、刘恪、杨箫箫、李明洋，在2020年第7期《电工技术学报》上撰文，基于棱边法时域场路耦合有限元模型，结合串联电阻和电压补偿法对特高压变压器负载运行情况进行了直流偏磁计算与分析，对不同直流偏磁程度下绕组电流的畸变程度进行了对比研究，并搭建特高压变压器缩比模型直流偏磁试验平台对模型进行验证。
我国能源储备和电力负荷分布极不均衡，随着风电和太阳能等清洁能源的大规模开发，需要能源大范围配置，因此迫切需要发展远距离大容量的输电技术。特高压输电具有距离远、容量大、损耗低、占地省等显著优势，是解决我国电网和能源发展难题的重要选择。
特高压变压器是特高压输电系统的关键设备之一，它的安全稳定对特高压输电系统至关重要。然而采用由单相自耦变压器组成的特高压变压器组更容易受到偏磁直流电流的影响。变压器的直流偏磁是一种非正常的工作状态，变压器绕组中产生直流偏磁的原因主要是来自太阳磁暴引起的地磁感应电流、高压直流输电单极大地回路运行侵入交流系统中的直流电流，以及由非线性负载产生的流入电网中的直流分量。
发生较大地磁暴事件时，测量到一台735kV、550MV·A的单相自耦变压器中流入的偏置电流达到约每相100A，并持续长达1min。直流流入变压器后将在铁心中产生直流磁通，导致变压器铁心半周饱和、励磁电流严重畸变、局部过热、振动噪声增加等一系列问题，对电网的安全稳定运行产生了严重的威胁。
国内外已经有很多文献对变压器直流偏磁的问题展开了深入的研究与分析，大多通过试验测量和仿真计算来实现对变压器直流偏磁的电磁特性的研究。目前关于特高压变压器的直流偏磁的研究仅考虑空载时的直流偏磁，只需考虑高压侧回路情况，而在实际负载运行情况，特高压自耦变压器磁路结构和电气连接更为复杂，高、中和低压侧的回路之间互相影响，仿真模型更为复杂，均给特高压变压器的负载运行时的直流偏磁特性分析增加了困难，以至于目前国内外罕有文献针对1000 kV大型自耦变压器遭受直流偏磁负载情况时的电磁特性进行详细深入的分析研究。
高电压与电磁兼容北京市重点实验室的研究人员，根据特高压变压器实际参数，建立特高压变压器场路耦合模型，针对直流分量易被忽略的难点，利用串联电阻法和补偿电压法保障直流偏磁电流求解的快速性和准确性。
图1 特高压变压器缩比模型直流偏磁试验平台
对特高压变压器额定运行状态的直流偏磁情况进行了仿真计算，分析在发生严重地磁暴情况下直流偏磁对额定运行时各绕组电流的影响，通过搭建与特高压变压器相同的铁心结构，高、中、低压侧具备相同绕组匝数比和容量关系的缩比模型直流偏磁试验平台，验证了所提模型的正确性。为特高压变压器在实际负载运行情况下的直流偏磁问题以及对负载情况下的直流偏磁防护提供参考依据。
研究表明，各绕组电流的畸变程度会随着直流偏磁的增加而不断加剧，直流偏磁对各绕组电流造成的畸变主要集中在前半个周期，后半个周期影响较小；还将造成各次谐波的大量增加，尤其是2、3、4次谐波最为严重；各绕组电流的畸变区域与励磁电流的畸变区域几乎一致，其谐波的变化规律也大致相同，说明负载时绕组电流的变化很大程度取决于励磁电流的变化。然而本研究仅分析了阻性负载的情况，之后将对不同类型的负载情况开展更多的研究。