变压器作为电力网络中最主要的设备之一,它的正常运行对电网中能量的安全传输至关重要。由于目前电网规模的扩大以及发电机单机容量的增长,变压器的单台装机容量和工作电压等级也在持续增加,这对变压器的制造以及正常安全运行带来了新的挑战。变压器空载运行时由于电网电压升高或频率降低等原因可使其处于空载过励磁运行状态。如果变压器空载过励磁运行持续时间较长,运行过程中由于铁心磁密增加会引起铁心饱和并导致损耗增加、铁心温升提高,最终会使变压器铁心及绝缘结构因温升过高而遭到损坏,从而影响到电力系统的安全稳定运行,因此对变压器在空载过励磁下的磁场分布及损耗等进行研究具有十分重要的现实意义与工程应用价值。本文首先基于铁心磁化性能实测数据和磁路-电路耦合方法,分别得到了方形铁心模型和典型变压器的空载过励磁电流,将电流计算结果峰值与有效值与对应的实测值对比,由此验证了解析方法的准确性。接着对变压器在不同空载过励磁倍数下的空载电流谐波进行了分析,得到了随空载过励磁倍数增加电流波形及谐波含量的变化规律。然后利用Mag Net有限元场路耦合法建立了典型变压器三维瞬态场计算模型,并对空载过励磁下的绕组端电压及谐波含量进行了计算与分析,详细分析了随空载过励磁倍数的增加绕组端电压波形谐波含量变化规律,在空载高过励磁（1.2倍及以上）运行时电压波形畸变较严重,已不满足国标关于正弦波的定义。最后对变压器空载过励磁时三维瞬态磁场及铁心损耗分布进行了计算与分析,得到了铁心磁密随着空载过励磁倍数的增加而逐渐增大并且铁心局部饱和程度越来越严重等的分布结论。针对变压器在高空载过励磁条件下电压波形畸变较严重的情况,本文对计算铁心损耗的三种原始Steinmetz公式修正方法进行了优缺点对比分析,确定了Steinmetz波形系数修正公式更适合计算变压器在空载过励磁下的铁心损耗,为今后进一步分析变压器空载过励磁下的有关电磁热性能提供了应用参考依据。