直流偏磁对变压器铁芯影响分析：力学特性与磁致伸缩

"直流偏磁时变压器铁芯的力学特性分析" 在电力系统中，直流偏磁现象对于变压器的运行安全性和效率具有显著影响。当高压直流输电线路以单极大地运行时，地磁感应电流（GIC）或其它因素会在变压器的绕组中产生直流分量，导致变压器铁芯出现半周饱和现象。这种情况会引发一系列问题，如局部过热、振动加剧、噪声增加，甚至可能导致变压器的结构损坏。 直流偏磁对变压器铁芯的影响主要体现在其力学特性上，尤其是磁致伸缩效应。磁致伸缩是材料在磁场作用下发生的尺寸变化，对于铁芯材料——硅钢片来说，这一效应直接导致铁芯的形变，进一步加剧了变压器的振动和噪声。以往的研究多集中在直流偏磁下的励磁电流测量、铁芯磁化特性、承受能力以及抑制措施，但对噪声和振动加剧的具体原因缺乏深入探讨。 为了理解并解决这一问题，研究者们通常采用电磁场理论和能量守恒原理来构建数学模型。在正常工作状态下，变压器铁芯受到的磁致伸缩力可以通过电磁场理论和弹性力学进行计算。然而，当存在直流偏磁时，传统的模型可能不再适用，因为直流磁场会改变铁芯的磁化状态，从而影响其力学响应。 本研究中，学者们以单相三柱变压器旁柱上最外层的硅钢片作为研究对象，通过推导建立了新的数学模型，揭示了铁芯磁致伸缩与直流偏磁电流之间的关系。该模型考虑了直流偏磁电流对磁场强度的影响，公式（1）展示了交流电流iac和直流电流idc对磁场强度Hac和Hdc的贡献。 仿真研究证实了该模型的准确性，并且结果显示，磁致伸缩引起的铁芯形变是导致变压器振动加剧的关键因素。这一发现对于理解直流偏磁如何影响变压器的振动和噪声提供了重要的理论依据，也为设计更抗偏磁的变压器和制定有效的噪声抑制策略提供了指导。 此外，变压器铁芯的振动不仅影响噪声水平，还可能对油纸绝缘系统中的绝缘纸造成损伤，降低绝缘性能。因此，对直流偏磁条件下铁芯力学特性的深入研究至关重要，它有助于提高变压器的可靠性和使用寿命，保障电力系统的稳定运行。未来的工作可能需要进一步研究不同材料和结构的铁芯在直流偏磁下的具体表现，以便优化变压器设计，减少潜在的风险。