大量電力電子裝置的應(yīng)用、地球磁暴以及高壓直流輸電單極大地回路運(yùn)行時(shí)均可能產(chǎn)生直流分量，從而在交流電網(wǎng)中形成了交直流混雜的特殊環(huán)境，造成變壓器等電磁設(shè)備偏磁運(yùn)行。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生由于變壓器遭受直流擾動(dòng)而導(dǎo)致的大規(guī)模停電事故。變壓器在直流擾動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁飽和、電流畸變、諧波含量增加、振動(dòng)噪聲、無(wú)功損耗升高、局部過(guò)熱等異常或故障。其中，交直流混雜運(yùn)行導(dǎo)致金屬構(gòu)件損耗增大與局部溫升是備受關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。

箱體是變壓器最大的金屬構(gòu)件，其具有較大的電阻率，變壓器在直流擾動(dòng)下鐵心勵(lì)磁飽和程度加深，勵(lì)磁電流畸變嚴(yán)重，諧波含量驟增，漏磁增大，進(jìn)而導(dǎo)致箱體損耗劇增，溫升異常。

• 有學(xué)者分析了變壓器偏磁運(yùn)行時(shí)諧波變化以及各次諧波增大的原因。
• 有學(xué)者利用漏磁補(bǔ)償模型研究了變壓器不同運(yùn)行方式下構(gòu)件的漏磁和損耗分布情況。
• 有學(xué)者通過(guò)磁熱耦合的方法對(duì)變壓器整體的損耗和溫升進(jìn)行了仿真計(jì)算。
• 有學(xué)者研究了直流偏磁條件下不同磁化曲線(xiàn)對(duì)鐵心損耗的影響。

以上文獻(xiàn)對(duì)變壓器諧波、損耗等問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，但均未考慮變壓器在交直流混雜模式下勵(lì)磁電流諧波、勵(lì)磁飽和狀態(tài)及金屬構(gòu)件損耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

本文針對(duì)交直流混雜模式下變壓器金屬構(gòu)件的損耗問(wèn)題，提出一種勵(lì)磁電流諧波與箱體損耗對(duì)應(yīng)關(guān)系的映射方法。基于變壓器電磁耦合原理求解交直流混雜狀態(tài)方程，辨識(shí)勵(lì)磁電流并對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation, FFT），利用勵(lì)磁電流諧波有效值表征鐵心勵(lì)磁飽和狀態(tài)，計(jì)算箱體的漏磁及渦流損耗，歸納其規(guī)律和對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖3 變壓器仿真局部模型

圖4 實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)原理

總結(jié)

• 1）本文提出了勵(lì)磁電流及其諧波含量的辨識(shí)方法，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的正確性。
• 2）變壓器在直流擾動(dòng)下勵(lì)磁電流總諧波畸變率隨直流水平升高而增大，而諧波電流有效值與直流水平近似呈線(xiàn)性關(guān)系，可利用諧波電流有效值表征變壓器勵(lì)磁狀態(tài)。
• 3）對(duì)箱體的漏磁與損耗進(jìn)行分析，結(jié)果表明，勵(lì)磁飽和程度加深，箱體損耗增大；箱體損耗取決于負(fù)載率與直流水平，所構(gòu)建的勵(lì)磁電流諧波-箱體損耗映射函數(shù)為交直流混雜模式下變壓器構(gòu)件損耗計(jì)算提供了有效方法。