大量電力電子裝置的應用、地球磁暴以及高壓直流輸電單極大地回路運行時均可能產生直流分量，從而在交流電網中形成了交直流混雜的特殊環境，造成變壓器等電磁設備偏磁運行。近年來，國內外多次發生由于變壓器遭受直流擾動而導致的大規模停電事故。變壓器在直流擾動下會出現勵磁飽和、電流畸變、諧波含量增加、振動噪聲、無功損耗升高、局部過熱等異常或故障。其中，交直流混雜運行導致金屬構件損耗增大與局部溫升是備受關注的研究內容。

箱體是變壓器最大的金屬構件，其具有較大的電阻率，變壓器在直流擾動下鐵心勵磁飽和程度加深，勵磁電流畸變嚴重，諧波含量驟增，漏磁增大，進而導致箱體損耗劇增，溫升異常。

• 有學者分析了變壓器偏磁運行時諧波變化以及各次諧波增大的原因。
• 有學者利用漏磁補償模型研究了變壓器不同運行方式下構件的漏磁和損耗分布情況。
• 有學者通過磁熱耦合的方法對變壓器整體的損耗和溫升進行了仿真計算。
• 有學者研究了直流偏磁條件下不同磁化曲線對鐵心損耗的影響。

以上文獻對變壓器諧波、損耗等問題進行了大量研究，但均未考慮變壓器在交直流混雜模式下勵磁電流諧波、勵磁飽和狀態及金屬構件損耗的對應關系。

本文針對交直流混雜模式下變壓器金屬構件的損耗問題，提出一種勵磁電流諧波與箱體損耗對應關系的映射方法。基于變壓器電磁耦合原理求解交直流混雜狀態方程，辨識勵磁電流并對其進行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation, FFT），利用勵磁電流諧波有效值表征鐵心勵磁飽和狀態，計算箱體的漏磁及渦流損耗，歸納其規律和對應關系。

圖3 變壓器仿真局部模型

圖4 實驗接線原理

總結

• 1）本文提出了勵磁電流及其諧波含量的辨識方法，通過仿真與實驗結果對比，驗證了該方法的正確性。
• 2）變壓器在直流擾動下勵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性關系，可利用諧波電流有效值表征變壓器勵磁狀態。
• 3）對箱體的漏磁與損耗進行分析，結果表明，勵磁飽和程度加深，箱體損耗增大；箱體損耗取決于負載率與直流水平，所構建的勵磁電流諧波-箱體損耗映射函數為交直流混雜模式下變壓器構件損耗計算提供了有效方法。