【正文】 河 北 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 作 者： 耿錚 學(xué) 號(hào)： 110644 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 系 (專業(yè) )： 電氣工程及其自動(dòng)化 題 目： 電力變壓器直流偏磁問(wèn)題的研究 指導(dǎo)者： 劉宏勛 副教授 評(píng)閱者： 李永建 副教授 2020 年 6 月 10 日 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 電力變壓器直流偏磁問(wèn)題的研究 摘要 ： 直流電流通過(guò)交流電網(wǎng)中中性點(diǎn)接地變壓器的繞組，會(huì)導(dǎo)致變壓器處于異常工作狀態(tài)，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量和繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作。對(duì)電力變壓器直流偏磁問(wèn)題的研究意義重大。 首先，本文簡(jiǎn)介了課題的研究現(xiàn)狀，闡述了在交流電網(wǎng)中產(chǎn)生直流電流的原因，并分析了單相變壓器直流偏磁的機(jī)理。 進(jìn)而，利用 SIMULINK 平臺(tái)將單相變壓器在過(guò)勵(lì)磁與直流偏磁狀態(tài)下的勵(lì)磁電流波形以及諧波含量進(jìn)行對(duì)比 ,觀察鐵心磁滯回線變化趨勢(shì)，并搭建三相三柱變壓器模型與三相變壓器組模 型，比較二者承受直流偏磁的能力。 結(jié)果表明，直流偏磁時(shí)，變壓器勵(lì)磁電流半波飽和，峰值增大且二次諧波含量明顯升高；鐵芯磁滯回線向右上偏移；三相三柱變壓器比三相變壓器組有更好的直流偏磁承受能力。 關(guān)鍵詞： 電力變壓器 直流偏磁 勵(lì)磁電流 諧波 MATLAB/SIMULINK 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Title The Study of Issue about Power Transformer under DC Bias Abstract DC flowing into transformer windings through neutral points is an abnormal work situation of the transformer. It affects power supply quality and the correct operation of the relaying protection system. Therefore, the study of the study on DC bias of a power transformer is of great importance. Firstly, the present status of research on this issue is generally introduced. And the reason of appearance of DC in the AC grid is elaborated. Next, the mechanism of DC bias in a single phase transformer is analyzed. Secondly, a simulation model of single phase transformer is established utilizing MATLAB/SIMULINK. Under over excitation and DC bias situation, the waveform and harmonics values of exciting current are pared. Meanwhile, the variation trend of iron core hysteresis curve is obtained. Also, the model of threephase threeleg transformer and threephase main transformer are established to pare their ability to bear DC bias. The results of simulation show that when DC bias in a transformer happens, the iron core of the transformer will be saturated semiperiodically. The peak value and secondary harmonic ponent in the exciting current will increase significantly. Meanwhile, iron hysteresis curve will move towards right and top。 Threephase threeleg transformer has a better ability to bear DC bias than threephase main transformer. Keywords： power transformer, DC bias, exciting current, harmonics, MATLAB/SIMULINK 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) III 目 錄 1. 緒論 ............................................................................................................................. 1 . 課題背景及意義 ............................................................................................... 1 . 課題研究概況 ................................................................................................... 1 . 本文的研究?jī)?nèi)容 ............................................................................................... 2 2. 電力變壓器直流偏磁理論 ......................................................................................... 3 . 單相變壓器直流偏磁狀態(tài)發(fā)生的機(jī)理 ........................................................... 3 . 交流電網(wǎng)中直流電流的來(lái)源 ........................................................................... 5 . 變壓器直流偏磁嚴(yán)重程度的影響因素 ........................................................... 6 3. 電力變壓器直流偏磁仿真 ....................................................................................... 10 . 變壓器仿真參數(shù)的計(jì)算 ................................................................................. 10 . 單相變壓器過(guò)勵(lì)磁狀況下勵(lì)磁電流的仿真與分析 ..................................... 13 . 單相變壓器直流偏磁狀態(tài)勵(lì)磁電流的仿真與分析 ..................................... 17 . 變壓器直流偏磁工作狀態(tài)下磁滯回線變化趨勢(shì) ......................................... 22 . 小型電力系統(tǒng)中三相變壓器直流偏磁工作狀況仿真 ................................. 28 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 37 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................................................ 38 致 謝 .................................................................................................................................. 40 附 錄 A .............................................................................................................................. 41 附 錄 B .............................................................................................................................. 42 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 1. 緒論 . 課題背景及意義 我國(guó)地域廣闊，資源豐富。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，發(fā)電用電總量也在逐年提升。但我國(guó)的資源中心與電能需求中心分布十分不平衡。我國(guó)豐富的水能、煤炭資源主要分布在西南部、中西部與西北部。然而，經(jīng)濟(jì)與耗能中心集中在東南沿海地區(qū) 。因此，我國(guó)的能源與電力進(jìn)行著大規(guī)模的跨區(qū)域流動(dòng) [1]。直流輸電，特別是特高壓直流輸電在電力傳輸距離、電網(wǎng)互聯(lián)以及傳輸容量方面有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) [2]。我國(guó)在 2020 年建成了向家壩 上海 177。800kV 直流輸電線路，目前已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行四年多的時(shí)間；同時(shí)，錦屏 蘇南 177。800kV 特高壓直流輸電線路等另外四條直流輸電線路也將在2020 年之前相繼建成并投入運(yùn)營(yíng)。此外，為進(jìn)一步提高輸電效率與質(zhì)量， 177。1100kV特高壓直流輸電相關(guān)課題正 在研究當(dāng)中，其投入建設(shè)與運(yùn)行也指日可待 [3]。 然而，特高壓直流輸電自身也存在弊端，其中之一就是因直流輸電引起的地中直流電流對(duì)交流電網(wǎng)中性點(diǎn)接地變壓器的影響。直流電流通過(guò)交流電網(wǎng)中變壓器中性點(diǎn)構(gòu)成回路流通，導(dǎo)致變壓器一系列電磁異常 [4]。對(duì)變壓器的危害有：變壓器損耗增加，溫升增大，部分結(jié)構(gòu)件過(guò)熱；震動(dòng)加劇；噪聲增加等。對(duì)電力系統(tǒng)危 害有：產(chǎn)生諧波；增加無(wú)功損耗；影響繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作；直流電流造成變電所接地極腐蝕等 [5]。因此，對(duì)于電力變壓器直流偏磁問(wèn)題的研究就頗具意義。 . 課題研究概況 國(guó)外學(xué)者對(duì)于這一課題的研究始于 1980 年左右。地磁感應(yīng)電流 GIC（ Geomagically Induced Current） 引起了電力變壓器直流偏磁問(wèn)題，導(dǎo)致了加拿大魁北克電力系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重的停電事故，從 那時(shí) 開(kāi)始，國(guó)外開(kāi)始了對(duì) GIC 以及變壓器直流偏磁課題 的研究。 國(guó)內(nèi)開(kāi)始這一課題研究的時(shí)間較國(guó)外晚。隨著直流輸電工程的大量建設(shè)，直流偏磁導(dǎo)致變壓器故障的逐漸增多。國(guó)內(nèi)關(guān)于此課題的研究也逐漸開(kāi)始進(jìn)行。 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 國(guó)外的研究對(duì)于直流輸電導(dǎo)致的直流偏磁問(wèn)題研究?jī)?nèi)容較少，主要關(guān)注由 GIC引起的直流偏磁問(wèn)題；國(guó)內(nèi)的研究主要關(guān)注由直流輸電引起的變壓器直流偏磁問(wèn)題[6]。 . 本文的研究?jī)?nèi)容 本課題針對(duì)這一課題，通過(guò)查閱相關(guān)資料，就產(chǎn)生直流偏磁的原因、直流偏磁導(dǎo)致單相變壓器鐵芯飽和的原