基于PSCAD的變壓器直流偏磁特性的研究

蔡盛

摘 要： 直流偏磁現(xiàn)象是變壓器的一種不正常的運行狀況，這種不正常的情況對于變壓器是極為不利的。如果在變壓器中加上含有直流成分的電流，那么在這種情況下會對變壓器產(chǎn)生較為嚴重的紊亂甚至可能會出現(xiàn)較大的風險。本論文首先會研究直流偏磁產(chǎn)生的原因，然后根據(jù)變壓器的主要參數(shù)，利用PSCAD軟件對變壓器直流偏磁進行仿真，由得到的波形圖來分析并說明成因然后進行總結(jié)。

關鍵詞： 變壓器;直流偏磁;PSCAD軟件;仿真

0.引言

推進更加全面的電力資源整合，要不斷優(yōu)化水電，發(fā)展煤電核電，推進智能電網(wǎng)的建設。我國大力進行直流輸電。其優(yōu)點為：輸送容量大，線路損耗低，走廊利用率高等等[1]。但是任何事物都不是十全十美的，特高壓直流輸電傳輸也存在一些缺陷和漏洞，主要的缺點是換流裝置較昂貴。直流輸電換流設備成本相對較高，缺少直流開關的應用。除了裝配換流器的成本較高外，還有在以交流為輸電的電網(wǎng)時，直流電流流過中性點將會導致電網(wǎng)中形成回路，那么對變壓器將會造成嚴重影響。增加無功功率的損耗時，直流電流將會使接地電極腐蝕等。由于含有直流分量電流的因素存在，這樣會使變壓器產(chǎn)生不容忽視的紊亂狀況[2]。綜上所得，研究變壓器的直流偏磁是十分有價值的，并且對于電力網(wǎng)絡甚至電力系統(tǒng)的優(yōu)化和改良也都是大有裨益的[3]。

1.變壓器直流偏磁產(chǎn)生的具體原因

工作在正常運行狀態(tài)。變壓器工作在鐵心的磁化曲線OA 段。如下圖當制造一個性能良好的變壓器時。在一般的情況下，A點要作為一個變壓器運行點。也即變壓器主磁通運行的正常工作點。當含有直流分量的電流進入變壓器繞組時。此時出現(xiàn)的直流磁通φ 0和交流磁通φ。這兩者相互疊加。在以上的情況下，勵磁電流波形將會形成以橫軸為中點線的正負半波不對稱的尖波[4]。

2.基于PSCAD軟件的直流偏磁仿真

本論文所研究的變壓器的主要技術(shù)參數(shù)如下：產(chǎn)品型號：ODES-334000/500;額定容量：334000/334000/100000KVA;額定電壓：（505/√3）/（230/ √3±2*2.5%）/36KV;額定電流：1145.6 / 2515.24 / 2777.78 A;空載電流：Io=0. 08%;阻抗電壓（%）：HV-MV：20.2? HV-LV：? 66.6 MV-LV：? 39.4;空載損耗：P0=125KW;心柱磁密：1.717T;硅鋼片：27ZDK090;匝數(shù)：HV： 419? MV： 347? LV： 99;負載損耗：440KW;直流電阻：串聯(lián)繞組：0.09847公共繞組：0.05059;聯(lián)結(jié)組號標號：Ii 10;冷卻方式：ONAN/ONAF由以上主要技術(shù)參數(shù)可建立仿真模型，如上圖4.1所示。

3.在PSCAD軟件下變壓器直流偏磁特性仿真

通過上述由PSCAD軟件建立的模型對變壓器在直流偏磁的情況下進行仿真。這樣可以得到在不同直流偏磁情況下。勵磁電流及磁化曲線特性分別如下圖：

當直流電流為2.0A時，此時從（a）可得到，勵磁電流峰值快接近0.7A;總電流呈現(xiàn)尖波形式，峰值超過1A。在（b）中可得到諧波含量增大。（c）中磁滯回線峰值超過0.6T。

4.總結(jié)

綜上由圖以及在直流偏磁是0A時對稱的情況可以得到：（1）在沒有直流偏磁的情況下，變壓器的勵磁電流是關于橫軸對稱的。（2）在含有直流偏磁的情況下，變壓器的勵磁電流與橫軸不再呈現(xiàn)對稱的關系，并且勵磁電流中含有奇次諧波。（3）在有直流偏磁的情況下，其直流電流數(shù)值的增大時，各個諧波的含量也在增大。并且其磁滯回線逐漸向一方偏移，且變得逐漸重合在一起最終變得細長。

參考文獻

[1] 蒯狄正，萬達，鄒云.直流偏磁對變壓器的影響[J].中國電力，2004，37（8）： 41～43.

[2] 肖華.高壓直流輸電引起的變壓器直流偏磁問題的研究[D]. 西南交通大學， 2010.

[3] MA Yu-Long，XN Xiao，X Jiang. Optimized Grounding Resistance Configuration against DC Magnetic Bias of Large Capacity Power Transformer. Power System Technology， 2006 ， 30 （3） ：62～65.

[4] 何鑫. 變壓器直流偏磁的分析與抑制措施研究.高電壓技術(shù)，2015，41（增刊）：23～26.