电力变压器是电力系统的核心设备,关系到整个系统运行的稳定性。励磁涌流、直流偏磁等低频电磁暂态是变压器最重要的电磁物理现象,其影响因素有饱和、涡流、磁滞等,其中铁心饱和特性是首要因素。建立变压器数学模型仿真分析其暂态特性是研究变压器的重要手段,但现有单相双绕组变压器T和Γ模型均存在物理缺陷:认为铁心饱和后其各部分饱和程度相同,这与实际情况不符;π模型可以解决此问题,但尚未见能够表征铁心从开始饱和到深度饱和渐变物理过程的π模型。本文基于磁路-电路对偶的原理推导出拓扑正确的单相双绕组变压器π模型,提出了铁心渐变饱和特性参数测试及分配方法,对小容量试验变压器和10kV真型PT进行建模,以励磁涌流和直流偏磁验证了模型准确性。本文提出的铁心渐变饱和特性参数计算和分配方法,弥补了现有π模型无法详细描述铁心饱和过程的缺陷。本文模型在仿真励磁涌流等变压器低频电磁暂态时精度较高,对单相双绕组变压器和单相电磁式电压互感器具有普遍适用性,可以为EMTP类电磁暂态软件提供基础变压器模型。论文主要工作如下:(1)首先采用COMSOL Multiphysics有限元软件仿真分析单相双绕组变压器铁心在不同饱和状态下的磁场分布,结果表明铁心饱和后心柱和旁柱磁感应强度存在明显差异。推导了变压器磁路和电路对偶的原理,获得了电磁对偶变换定则和元件间的对偶关系。根据单相双绕组心式、壳式变压器以及单相电磁式电压互感器的物理结构,基于电磁对偶原理推导了电磁对偶型π模型。分析了π模型在模拟变压器低频电磁暂态时较T模型精度高的原因,为下文研究提供基础。(2)其次提出π模型的参数获取流程,分析了采用直流电源激励变压器铁心饱和的原理,提出采用交-直流混合电源或者两个独立电源测试励磁支路增量电感的方法,在ATP-EMTP中对此方法进行了仿真验证;提出将励磁支路增量电感转换为磁链-电流数据并分配到π模型两条励磁支路上的方法,将铁心渐变饱和数据点与非饱和区单值无磁滞磁化曲线结合,获得完整磁化曲线,由此建立了考虑铁心渐变饱和特性的π模型。(3)基于上述方法,以取向硅钢、无取向硅钢、非晶体合金和纳米晶体合金等4种不同铁心材料的单相双绕组环形变压器为对象,测试其非饱和区及饱和区参数,分析铁心励磁特性的差异,对比了变压器励磁涌流和直流偏磁试验与仿真结果,结论为:不考虑铁心饱和特性时,T、Γ和π模型的误差较大;仅含有一个深度饱和数据点的T、Γ和π模型误差减小,但精度无法满足工程需求;本文提出的采用多点描述变压器铁心渐变饱和过程的π模型误差小于7.9%。此外,以10 kV单相电磁式电压互感器为对象进行建模,以励磁涌流试验验证了模型准确性。