根据变压器基本电磁机理构建直流扰动状态方程，利用端口电气信息研究变压器励磁电流参数的识别方法，并提出变压器在交直流混杂环境下的偏磁失稳判据。


基于电路-磁场耦合模型仿真研究变压器在交直流混杂环境下的电磁特性，将励磁电流作为关键电磁参数反映变压器遭受（准）直流扰动时的异常，总结励磁电流在不同情况下的变化规律，通过分析不同偏磁失稳判据在（准）直流扰动下的适用性，研究基于励磁电流辨识的电力变压器交直流混杂异常判别方法。开展220V三相组式变压器交直流混杂实验验证该方法的正确性；结合现场10kV变压器试验分析其直流扰动励磁特性，进一步说明该文方法的有效性。


最后，结合变压器直流扰动异常判别方法提出一种新型直流扰动抑制策略，仿真和实验结果验证了抑制策略的有效性。


电力变压器运行于交直流混杂环境将影响其设备自身甚至电网的稳定运行，引起上述问题的原因主要为高压直流输电（High Voltage Direct Current, HVDC）以单极大地回路方式运行与地球磁暴（Geomagnetieally Indueed Current, GIC）条件下邻近的交流电网中性点接地变压器及相关电磁设备将会受到（准）直流干扰，同时大量的非线性元件运行时均可能产生直流分量，进而流入电网对变压器等设备造成伤害。


变压器在直流扰动下运行会产生偏磁效应，出现励磁饱和、电流畸变、振动噪声、谐波剧增等异常或故障，进而引起保护装置误动或拒动等问题，并导致电网瘫痪或停电。近年来，基于关键电磁参数辨识的变压器保护是十分热门的研究内容。


这类保护的研究方法结合磁路与电路模型计算电磁参数，并利用参数反映变压器遭受扰动时的内部电磁变化，从而在变压器发生故障时进行保护。然而上述方法并未考虑到变压器在直流扰动下的偏磁特点，在处理直流扰动异常时的难度较大。


变压器直流偏磁属于内部异常或故障，可能导致已有的相关保护出现较大偏差或误动。由此对直流扰动进行判别的同时，实现直流的有效抑制对变压器稳定工作十分关键。传统抑制直流的手段主要为电容隔直、串联电阻削弱直流和电位补偿法等。


其中，电容隔直法在实际工程中得到广泛的应用，并且获得较好的抑制直流结果。但是，磁暴条件下交流电网的接地变压器可能遭受时变准直流的入侵影响，从而对直流检测和隔直措施产生不利影响。因此，需要针对HVDC与GIC现状开展（准）直流扰动下电力变压器关键电磁参数识别方法的研究，在此基础上进一步研究基于励磁参数辨识的电力变压器交直流混杂异常判别方法，从而开展新型（准）直流扰动抑制策略的研究。


本文针对变压器的偏磁失稳问题，研究其在（准）直流扰动下异常判别方法及隔直策略。利用变压器基本回路方程建立基于励磁电流的直流扰动模型，通过端口量测的电气信息辨识励磁电流参数，并提出直流扰动偏磁失稳判据。


采用电磁耦合方法模拟分析不同条件下变压器的电磁特性，利用励磁电流表征变压器遭受（准）直流扰动时的异常，并进一步研究电力变压器交直流混杂异常判别方法，根据仿真分析、动模实验以及现场试验结果验证该方法的有效性。最后，结合直流扰动异常判别方法提出一种新型直流扰动抑制策略。


图13  新型直流扰动抑制策略原理


结论
针对变压器的偏磁失稳问题研究其判别与抑制方法，得出以下结论：


1）电力变压器在（准）直流扰动下的励磁电流参数发生畸变，其畸变程度与直流扰动水平相关，利用励磁电流能够表征变压器直流偏磁异常特性，仿真结果和实验数据对比验证了本文所提偏磁失稳判据的准确性和可行性。


2）在准直流情况下，传统直流抑制策略将导致误判，本文提出的基于励磁电流辨识的偏磁失稳判据能够有效判别准直流扰动；电力变压器在不同直流注入方式下判据3具有更高的适用性。结合现场10kV电力变压器试验数据进一步验证了基于励磁电流参数辨识的变压器交直流混杂异常判别方法的有效性，为变压器直流扰动保护提供可行方法。