随着高压直流输电网建设的不断推进,作为在交直流电网之间起连接与协调作用的换流变压器,其安全稳定运行等问题成为工程设计者关注的热点问题之一。由于换流变压器位于交直流电网连接处并受直流电网运行方式的影响,使得其运行时谐波严重且易遭受直流偏磁现象的影响。直流偏磁下换流变压器励磁电流发生畸变,使得铁心过饱和,漏磁增加,这导致铁心拉板、夹件、油箱等结构件上的损耗也随之增大,易引起局部过热情况的发生。因此,开展针对换流变压器的磁场及损耗特性研究具有十分重要的理论和现实意义。本文从直流偏磁下换流变压器的励磁特性分析,损耗建模与计算,结构件磁热特性分析等三个方面进行了全面深入的分析与研究,主要研究工作内容包括以下三个方面:(1)通过采用有限元法和二分法对一台单相三柱变压器试验产品的直流偏磁的励磁电流进行仿真分析,将得到的励磁电流波形与试验测得的波形对比,并比较两种方法的优缺点,最终确定了基于二分法迭代求解直流偏磁下换流变压器励磁电流的方法。之后,运用二分法分析了一台实际换流变压器产品在受偏磁电流影响下的空载励磁特性,并且对所得到的空载励磁电流波形进行傅里叶分解,研究分析了不同直流偏磁电流下空载励磁电流的频谱特性,为准确地计算直流偏磁下换流变压器的磁场及损耗分布奠定了基础。(2)建立了基于表面阻抗边界法计算直流偏磁下换流变压器谐波损耗的三维计算模型,针对ZZDFPZ-321100/500型换流变压器进行了分析研究。计算求得额定运行情况下的换流变压器谐波损耗与实验测量结果的误差满足工程需要,并且其数值小于解析法的计算误差。在此基础上,进一步研究了施加不同直流偏磁电流时换流变压器的漏磁场及谐波损耗特性,为换流变压器损耗计算和产品优化设计提供了更加高效可靠的方法手段。(3)针对换流变压器结构件温升的问题,设计了铁心拉板漏磁场及温升试验模型,并对其进行仿真与试验研究,提出了基于磁-热-流体耦合的数值计算方法,经试验验证,磁场的计算误差小于5%,温升的计算误差小于10%。随后,将此方法运用于分析计算直流偏磁下换流变压器结构件的温升。通过对有无直流偏磁电流及施加不同偏磁电流下换流变压器的结构件进行耦合场的数值计算,得到了结构件温升随施加直流偏磁电流变化的规律,为今后较为准确地计算换流变压器结构件磁热等问题提供了有效的分析方法。