近年来,随着我国电网规模的逐渐扩大和特高压直流输电系统的大范围落地建成。由直流输电和地磁风暴所引起的变压器直流偏磁问题也日益频繁。作为电力系统中的关键设备,针对变压器直流偏磁现象分析显得至关重要。本文从直流偏磁现象的原理出发,介绍了交直流磁通的相互作用导致变压器铁心的工作点整体偏移,同时出现半波饱和现象,使得变压器铁心在半个周期内过度饱和,随即产生异常的电、磁、热反应,在严重状态下会危及变压器甚至是电网的安全运行。本文根据场路耦合思想,建立了适用于单相四柱型变压器直流偏磁问题分析的二维场域模型和外电路,通过直接耦合研究了不同直流偏磁状态下励磁电流波形。通过将波形分解,得到相应的基波分量,用于提取相应的无功功率扰动参数,并通过曲线拟合,分析出直流电流与直流偏磁下无功功率的参数关系。依据二维模型计算出的收敛励磁电流波形作为激励导入三维有限元变压器计算模型中,对不同直流偏磁作用下变压器内部电磁特性以及结构件、油箱上的漏磁场和涡流损耗进行计算,结果表明各部位的损耗呈上升趋势,其中油箱上的损耗上升速率最快。通过设置不同的电磁屏蔽措施,实现对于涡流损耗的限制作用,避免由于过大的直流电流导致变压器产生过热点。建立变压器三维热场计算模型,通过磁热耦合将单元损耗计算结果作为激励导入热场模型,分析不同直流偏磁状态下变压器结构件的温度分布。通过变压器直流偏磁试验研究,得到不同偏置下各物理量的扰动情况,并将仿真计算结果与试验结果对比分析,验证了仿真的正确性。最后,研究了相对应的单相四柱型变压器直流偏磁在线监测方案,这对于制定、部署检修计划可以提供一定的指导作用。同时提出直流偏磁风险评估策略,针对西北电网的多条输电线路进行评估,评估出和田-民丰线路上的变压器受直流偏磁影响较大,接近设定的临界值,应该引起工作人员的足够的重视。