变压器作为电网中极其重要的设备，其安全稳定运行直接影响电力系统的稳定及安全。截至2020年底，我国特高压线路累计长度3.6万km，累计输送电量2.1万亿kW•h。随着我国特高压线路的建设与使用，由高压直流输电单极大地回路运行侵入交流系统中的直流电流所产生的变压器直流扰动问题常有发生。

变压器直流扰动状态下励磁电流畸变、铁心工作点偏移至饱和区域，从而导致电流畸变、内部构件振动加剧等问题，严重时将导致变压器电磁、机械失稳，危害变压器及电网安全稳定运行。因此，针对变压器直流扰动状态下电磁-振动参数变化的研究具有重要意义。

针对变压器直流扰动问题，较多学者开展了相关研究。但是现有研究主要针对变压器直流偏磁状态下电流、振动变化问题进行研究，未深入分析电磁-振动参数变化的对应情况，无法实现通过可量测参数（电磁参数）反映内部不可观测参数（机械振动参数）的目的。

针对上述问题，吉林省电力有限公司四平供电公司的研究人员研究三相三柱式变压器不同直流扰动状态下绕组电流、励磁电流及绕组/铁心振动特性的变化情况。建立变压器电磁-振动模型，分析变压器振动机理，基于电磁-机械顺序耦合算法，搭建仿真模型，对不同直流扰动水平下变压器绕组电流、励磁电流及绕组/铁心振动加速度进行仿真计算，分析电磁参数与振动参数的变化情况。

图1 变压器电磁-机械顺序耦合算法

他们搭建动模实验平台采集不同状态下绕组电流、励磁电流及振动加速度，对比仿真结果与实验数据，验证模型的有效性及方法的正确性。最后建立电磁参数与振动参数映射关系，通过电磁参数反映振动参数变化，为变压器直流扰动问题提供新的辅助决策手段。

图2 变压器仿真模型

图3 实验原理接线

研究人员最后得出以下结论：

1）基于电磁-机械顺序耦合原理建立三相三柱式变压器直流扰动模型，该模型能够有效计算变压器直流扰动状态下绕组电流、励磁电流及振动加速度情况。通过对比仿真结果和实验数据，验证了该模型的正确性。

2）变压器直流扰动状态下，绕组电流基本不变，但励磁电流严重畸变；绕组振动加速度变化较小，但受到励磁问题影响，铁心振动加速度特征值相比于正常运行升高至原来的1.5倍，且中频振动加剧。电磁-振动参数的变化危害变压器的安全稳定运行，通过直流扰动系数及负载率可表征绕组/铁心振动加速度、励磁电流总谐波畸变率的变化情况，为变压器直流扰动状态下多物理参数变化问题提供辅助分析手段。

本文编自2022年第1期《电气技术》，论文标题为“基于电磁-机械顺序耦合的变压器直流扰动振动特性研究”，作者为刘建树、孙立涛 等。