高空电磁脉冲（HEMP）由爆炸高度在地表30 km以上的核爆产生，高空电磁脉冲晚期成分（HEMP E3）电场具有低频特性，作用时间在一秒到百秒之间。HEMP E3效应会在变压器中性点与大地构成的回路中产生地磁感应电流（GIC），严重时会使变压器铁心半波饱和，进而导致励磁电流严重畸变、无功损耗急剧增加、局部过热和振动加剧等后果。
为准确地分析电力变压器在HEMP E3作用下的无功损耗特性，电工材料电气绝缘全国重点实验室（西安交通大学）等单位的杨一帆、刘民周等学者，搭建了HEMP E3对500千伏电力变压器作用的电磁暂态仿真模型，基于IEC 61000-2-9给出的标准HEMP E3波形，定量分析了感应电场幅值、上升时间、下降时间以及变压器带负载情况等对电力变压器的影响规律。
图1 变压器半波饱和原理
他们的分析结果表明，HEMP E3作用下500千伏变压器无功损耗与GIC呈正相关性，且无功损耗波形滞后于感应电场的变化；HEMP E3感应电场的下降时间对500千伏变压器无功损耗的影响远超上升时间；负载阻抗的阻值相同时，容性负载下的励磁电流和无功损耗幅值最大，感性负载下幅值最小。研究结果可为进一步评估HEMP E3对电力系统稳定性的影响提供重要依据。
图2 HEMP E3作用下变压器无功损耗计算流程
研究者指出，HEMP E3作用下变压器的半波饱和现象，会引发多种复杂效应，除了变压器励磁电流畸变和无功损耗增加，还会导致谐波增多、局部温升、振动和噪声等现象，这些效应将在未来工作中进一步研究。
本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“高空电磁脉冲晚期成分作用下500 kV变压器无功损耗仿真研究”。本课题得到华能集团总部科技项目、国家留学基金委奖学金和中国科协优秀中外青年交流计划资助的支持。
