换流变压器是高压直流输电系统中的核心设备,起到连接交流侧电网与直流侧电网的作用,但其运行环境十分恶劣故障率始终居高不下,严重拖延了我国电网建设的步伐。换流变压器事故主要源于主绝缘的缺陷导致的局部放电与励磁电流的畸变引起的继电保护装置误动,不论何种情况均对直流输电系统的安全稳定运行构成了严重的威胁,系统详细地分析换流变压器的运行特性并找寻其改进方案异常紧要。换流变压器油纸绝缘材料的电导率受电场强度与温度的影响呈非线性变化。为研究材料非线性对换流变压器极性反转电场分布的影响,本文首先对油纸绝缘电导率的非线性变化规律进行了数值拟合,从解析函数的角度利用RC等效电路对极性反转过程中油纸绝缘的电场分布进行了计算与分析,借助MATLAB四阶龙格库塔算法对非线性变化规律进行了归算,提出等效面电荷法分析绝缘纸板上的束缚电荷量与时间常数。随后运用ELECNET有限元软件对一台±400kV换流变压器网侧和阀侧绕组端部电场进行了仿真,得出温度、场强、油道温度梯度对实际换流变压器电场分布的影响,并找出其主绝缘缺陷位置。最后根据计算与仿真结果提出绝缘的改进方向。为研究直流偏磁及励磁涌流对换流变压器空载特性的影响,本文从铁心基本磁化曲线的角度阐释其运作机理,运用PSCAD有限元软件对一台±400kV换流变压器进行建模,通过加载不同幅值的直流电流偏置量及不同的触发角来模拟直流偏磁、励磁涌流及二者叠加的现象,仿真得出励磁电流的波形与变化规律,根据傅里叶变换原理应用MATLAB软件编程提出励磁电流的各次谐波含量与增长趋势。此外,利用MAGNET有限元软件基于“场-路耦合”原理建立了直流偏磁条件下空载变压器的三维有限元模型,通过对比额定空载情况下的励磁电流来验证其准确性,对不同直流偏磁条件下空载换流变压器的三维磁场进行了仿真,得出其磁场分布情况并利用半波平均法求出对应的空载损耗。本文的研究可为换流变压器主绝缘及继电保护的设计提供理论基础与改进方向。