随着受到变压器直流偏磁影响导致的电网事故及其潜在危害的不断增加,变压器直流偏磁耐受评估日益得到学术界和工程应用领域的关注和研究。变压器直流偏磁耐受评估的结果可为电网规划、变压器设备安全稳定运行和变压器设计优化等提供重要的技术支持。变压器直流偏磁耐受评估需综合考虑电网拓扑结构、变压器铁芯非线性特性和变压器物理结构的影响,迄今为止,尚无适用于工程应用的综合评估方案。本课题以变压器的物理结构为基础,利用磁路-电路对偶等效原理推导了可考虑变压器铁芯非线性导磁特性和结构特征的变压器拓扑修正暂态模型,用于分析变压器在直流偏磁工况下的激磁电流。通过与前期现场试验测量数据进行对比,验证了所提模型的有效性。利用试验测量或计算得到的激磁电流建立电流驱动型有限元模型,分析变压器在直流偏磁工况下的漏磁、损耗、温度等物理场分布情况。本课题的主要研究工作包括以下内容:（1）首先,对变压器铁心非线性特性常用模拟模型,如分段线性化模型、Jiles-Atherton（J-A）模型、Preisach模型等进行了简要综述。其次,重点对静态/动态磁滞回逆分布模型进行阐述。最后,通过实际算例分析了铁心材料类型和损耗系数对计算结果的影响,其结果可作为后续研究中铁心模型中相关参数选取和设置的依据。（2）首先,根据单相三柱变压器的物理结构特征采用集总等效的磁路元件将物理研究对象转化为磁路网络,利用磁路-电路对偶原理推导变压器拓扑修正电磁暂态模型,并重点分析了单相变压器部分漏感参数的计算和估计方法。变压器拓扑修正暂态模型可综合考虑变压器铁心非线性特性和结构差异对计算结果的影响。其次,通过利用变压器拓扑修正模型计算得到的激磁电流与试验测量值的对比可知,单相三柱变压器拓扑修正暂态模型能较好的模拟变压器在直流偏磁工况下的动态特性,且参数具有较强的鲁棒性。除此以外,还对单相四柱变压器的详细模型和等值三柱模型进行分析,得出了相应的等值条件,为简化变压器建模过程提供了必要的参考。通过对变压器模型中的估计参数进行敏感性分析,为实际工程应用中相关参数选取提供了必要的参考依据。（3）首先根据三相变压器的物理结构特征或利用修正后的单相变压器模块构建三相变压器拓扑修正暂态模型,并重点分析了三相变压器的油箱简化和建模原则。通过数值仿真计算结果与现场试验测量数据的对比,得出三相变压器仍能较为准确的反应变压器在直流偏磁工况下的动态特性,但因系统测量误差、电压畸变等因素的影响,计算值与实测结果仍有一定差距的结论。但采用拓扑修正暂态模型分析计算变压器在直流偏磁工况下的激磁电流仍可满足工程应用的需要。通过对自由估计参数进行敏感性分析,可知相间耦合电感和铁心-内绕组漏感是影响变压器激磁电流波形的重要参数,需要根据实际空载电流波形测量结果进行多次调整。（4）提出一种离线场路耦合分析方法分析变压器在直流偏磁工况下的似稳态漏磁、损耗和温度等多物理场分布。该方法通过利用计算或实测激磁电流数据建立电流驱动型有限元模型,可克服三相变压器电压驱动性模型收敛困难等问题,通过修正热场表面散热系数的方式避免多次迭代,可实现有限元分析的快速计算。同时对建模过程中的相应简化的原理和步长估计方法等进行了简要阐述。通过对数值计算结果进行分析可知,本文所述的离线场路耦合分析方法不仅适用于单相/三相变压器,且可避免三相变压器在计算过程中收敛困难、计算耗时长等问题;采用拓扑修正暂态模型计算得到的激磁电流估计变压器在直流偏磁工况下多物理场分布是可行的,得到的结果可满足工程应用的需求。本文所述的离线场路耦合分析方法是一个开放的框架,在实际工程应用中可采用更加精确的变压器电磁暂态模型用于分析变压器在遭受直流偏磁时的激磁电流响应;还可通过改进有限元计算中铁心材料的磁化模型,提高变压器多物理场分析中的漏磁、损耗分布等的计算准确度;可采用流体模拟程序与电磁场分析结果进行耦合,更加真实的分析变压器在直流偏磁工况下的热场动态过程。本文所述的分析研究方法不仅适用与分析变压器在直流偏磁工况下的性能,也适用于分析变压器和其他电机设备在非正弦工况下的性能特性。