3 直流偏磁现象的机理分析

在直流源接地位置处， 其地中直流电位最高为V0，由于大地是有电阻的，因此在直流接地极以外，随着距离增大，电位逐渐降低。当距离增大到一定程度，相邻两点的电位差ΔV 越来越小时，其分布曲线渐渐趋于平稳，这时电流值越小，如图3 所示。如果在ΔV较大的区域内有变压器，则会通过变压器的接地中性点流入变压器的绕组并与输电线路形成回路。

在变压器空载状态下，绕组中流过空载电流，该电流在变压器铁心中产生磁通。如图4 所示，虚线为直流分量的磁通曲线，其中图4b 为变压器铁心的磁化曲线，图4c 为磁化电流。当变压器绕组无直流分量时，励磁电流I(t)工作在铁心磁化曲线的线性段，此时铁心中的磁通量为正弦波，励磁电流也是正弦波; 当发生直流偏磁时， 直流磁通Φo和交流励磁磁通Φm相叠加，形成偏磁时的总磁通Φ，即Φ=Φo+Φmsin(ωt)。此时使变压器励磁电流工作在铁心磁化曲线的饱和区，超过磁化曲线拐点以上时，波形发生严重畸变， 导致励磁电流的正半波出现尖顶， 而另半个周期饱和程度减弱(或不饱和)，正负半波不对称，经傅立叶级数分解后， 除了含有1，3，5， …的奇次谐波外，还含有0，2，4，…的偶次谐波，使变压器噪声增大，振动加剧。

南方电网中经常发生的偏磁现象是由于直流输电系统双极电流不对称运行或单极大地回线方式运行时，巨大的直流电流通过接地极注入大地，在地中形成了稳定的直流电场，进而侵入临近的交流变压器形成直流偏磁现象。

显然辽宁地区的直流来源并不是直流输电引起的，而且电流的波动很大，是不稳定的直流电场。经调查，由于该地区有多个大、中型煤矿，多采用单架空线方式为直流架线式电机车提供电源。该架线方式将馈电线路架设在电机车上方，并利用运输轨道作为回流线，即将轨道作为接地极，因此在运行时，有大量的直流电流流入地下，从而通过接地网侵入临近的中性点接地运行的变压器， 进而侵入电网中的变电所。通过调查得知，胜利变电所周边有多个煤矿，距离很近，因而影响是最明显的，而其他几个变电所在10km 范围内没有煤矿， 因此影响相对较弱。

4 直流偏磁对变压器及电网的影响

直流电流流入变压器，可导致铁心过励磁，严重影响变压器及电网的运行安全， 其影响表现在以下几方面。

(1)空载电流、空载损耗增大。铁心出现过励磁，励磁电流出现尖顶波，为维持电压波形的正弦性，空载电流随之增大，因此导致铁心的磁密大增，单位铁损增加，铁心的空载损耗增大。