地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current, GIC）是地磁场发生强烈扰动（磁暴）时的强感应电场在导电体内产生的感应电流，持续时间为几秒到几小时。由于GIC的频率小于0.01Hz，对变压器而言，可将其视为缓慢变化的直流，故与高压直流输电引起的变压器直流偏磁现象类似。

GIC在变压器中的流动会导致铁心半周饱和及漏磁增大，引起变压器金属构件的涡流损耗增加，在一定条件下有可能会使变压器内部的局部温升超过允许的限制。而温度是影响变压器寿命的关键因素之一，即变压器的温度越大，其预期寿命就会越短，有必要准确掌握GIC作用下变压器的温升特性，提高其运行可靠性。

GIC通常多发于高纬度地区，国内外研究者分别从GIC电流水平监测及其对电力系统的影响、GIC对电力变压器的励磁电流、无功损耗、振动、噪声、温升等的影响及抑制策略等方面进行了若干研究。但是，现有研究大都对变压器空载运行下的损耗进行计算分析，对受GIC影响的变压器温升特性的研究尚不多见，且实际GIC为低至中等水平直流下伴随一些短时间内较高的峰值，其对变压器温升特性的影响程度尚不清楚，需要进一步研究。

我国虽处于中低纬度地区，但随着太阳活动的增强及我国超/特高压输电工程的快速发展，GIC对电力系统安全稳定运行的威胁也越来越大。

为进一步理解和掌握GIC作用下的变压器温升特性，上海电力大学电气工程学院、上海交通大学电气工程系的研究人员朱涛、王丰华，在2022年第8期《电工技术学报》上撰文，通过建立某500kV三相共体油浸式电力变压器的电磁-流热场耦合三维仿真模型，计算变压器满负载运行及不同GIC作用下其内部构件的损耗密度和温度场分布，并依据IEEE C57.163标准，计算GIC作用下变压器内部构件的动态温升曲线。他们据此分析了评估变压器的GIC耐受能力，并给出降低变压器GIC温升的防范措施建议，为大型主变压器的安全可靠运行提供参考。

图1 电磁-流热场耦合计算过程

研究人员指出，在满负载运行工况下计算变压器各部件的损耗和绕组热点温升，与设计值吻合较好，误差在±3.5%以内，验证了本分析方法的有效性。他们同时发现，变压器在GIC作用下，夹件、拉板等杂散损耗增加明显且随直流偏磁程度增加而增大，局部损耗密度远大于整体损耗密度，大直流的注入不仅会引起绕组涡流损耗的增加还会导致直流电阻损耗明显增大，进而引起绕组整体特别是端部热点温度升高。

另外，在不同GIC事件作用下的变压器温升仿真结果发现，该变压器在GIC水平为100A时依旧有足够的耐受能力但已接近允许限值，其中在主柱拉板的局部温升最为严重。

研究人员表示，由温升结果可见，GIC对变压器的影响具有短时和温升剧烈的特点，即使变压器具有足够的抗GIC干扰的能力，但变压器的累积效应会加速其老化，甚至发生故障和损坏，为降低GIC引起变压器局部过热，优化变压器设计，可采用以下防范措施：

（1）因GIC引起变压器涡流损耗的严重增加是变压器温升的主要原因，故可以通过改善变压器构件的结构或材料进行防范，绕组线圈导线采用逐层换位式连接；拉板、夹件等结构件适当开槽或采用非导磁性材料；对于高漏磁区域（如夹件和拉板的连接处）的局部过热问题，可通过在局部加设磁屏蔽来降低局部涡流损耗值。

（2）GIC引起变压器漏磁增加的原因是变压器铁心磁通半波饱和，因此对于直流偏磁或GIC高发地区，在变压器制造过程中建议采用高导磁材料铁心，通过增加铁心饱和裕度来提高变压器GIC电流的耐受阈值。若条件允许，也可在变压器内部安装补偿绕组，当检测到GIC流入到变压器绕组时，使补偿绕组产生反向直流磁动势来抵消GIC产生的磁动势，从而降低铁心的饱和程度。

（3）对运行中的变压器来说，针对GIC主要通过中性点侵入变压器进而对其造成威胁，可在变压器中性点采用相关直流偏磁抑制措施，如在中性点串接小电阻、电容器等，或者在中性点安装反向补偿装置，根据检测到的GIC脉冲电流，自动向变压器中性点注入与GIC大小相同的反向直流电流。

本文编自2022年第8期《电工技术学报》，论文标题为“地磁感应电流作用下大型变压器的温升特性计算”。第一作者为朱涛，1995年生，硕士研究生，研究方向为电力变压器直流偏磁、变压器温度场。通讯作者为王丰华，1973年生，博士，副教授，研究方向为电力变压器振声监测及装备智能化、电力变压器直流偏磁、电力系统接地技术等。