一种无环流空心电抗器损耗评估方法技术

本发明专利技术公开了一种无环流空心电抗器损耗评估方法，属于电抗器设计技术领域，包括无环流空心电抗器，电抗器线圈由N根铝扁线缠绕而成；铝扁线在每个星架臂上独立起绕，每根铝扁线每圈只缠绕N分之一圈便进入下一圈，N根铝扁线恰好按照单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线数缠绕完成单层结构后继续沿反向缠绕下一层结构，直至整个电抗器线圈缠绕完成；由于电抗器绕线时采用等线长原则，电抗器中不存在环流损耗，电抗器总损耗为电阻损耗与涡流损耗之和，在进行电抗器出厂损耗校准时，实现了这种新型串联无环流电抗器内部磁场损耗的准确理论计算，修正了在实际测试时由于外部环境附加损耗对电抗器实际损耗检测的影响。损耗对电抗器实际损耗检测的影响。损耗对电抗器实际损耗检测的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种无环流空心电抗器损耗评估方法


[0001]本专利技术属于电抗器设计
，特别是涉及到一种无环流空心电抗器损耗评估方法。

技术介绍

[0002]高压干式空心电抗器具有无油、无铁芯、防爆等特点，在各级电网中获得了大量的应用，在滤除谐波、限制过流、平衡系统的无功功率、限制系统的过电压等方面起着重要的作用。然而，干式空心电抗器经过长时间的运行，由于结构、绝缘及工艺等方面的不足，在遭受到紫外、水分、冷热交替等多种环境因素作用下，易出现包封开裂、过热、受潮等问题，部分电抗器被迫停运处理，有的逐渐演变成事故甚至设备烧毁。
[0003]现有技术采用多包封、包封多层支路并联结构，可实现各种容量和电压等级的电抗参数要求，在中、高压和特高压电网中得到了广泛的应用。然而多年的运行和故障分析表明，这种传统的空心电抗器结构也暴露出越来越多的绕组结构、导线绝缘、包封绝缘、制造工艺等方面的不足和致命缺点；另外对于大电感、小电流和小电感、大电流型式的电抗器仍采用一般电抗器的结构设计也会导致小容量大体积、极低设计温升和分数匝误差大等问题，这些长期存在的设计、工艺和材料方面的问题，导致高压干式空心电抗器在敞开式运行环境中容易造成损耗过大、局部环流发热后包封开裂，最终可能引发电抗器起火燃烧等重大事故。
[0004]在传统电抗器中各包封内各匝线圈为并联结构，因此必然使得内外包封中的导线不等长，使得内部包封产生环流，引起包封绝缘严重发热。传统电抗器出厂时损耗计算多以直流电阻损耗为基础并考虑附加损耗系数1.15～1.2后计算电抗器总损耗，其中包括电阻损耗、涡流损耗、环流损耗，但根据试验发现以此计算的损耗偏差较大，环流、涡流损耗计算均不准确，主要由于传统电抗器结构不完全对称。在电抗器现场损耗测试时，由于传统空心电抗器磁场均发散，外部环境中的铁磁构架发热等环境附加损耗全部等效为电抗器自身损耗，使得测试结果偏差极大。
[0005]因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种无环流空心电抗器损耗评估方法，用于解决现有技术计算的损耗偏差较大的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无环流空心电抗器损耗评估方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
[0008]步骤一、根据电抗器电压等级、电抗率和额定电流，计算所需设计的电抗器理论电感值、绕制时采用的铝扁线横截面尺寸、导线内的电流密度值和包封间气道宽度，确定电抗器的内径、高度和包封数目的取值范围；
[0009]步骤二、在步骤一确定的电抗器内径、高度和包封数目的取值范围内选取任一数
值，将电抗器内各包封均等效为单匝线圈，建立各包封线圈的串联模型，获得串联等效线圈耦合方程组1，进一步获得电抗器等效互感系数及等效匝数的理论计算表达式2，确定电抗器等效为单一包封形式的等效匝数；
[0010][0011][0012]其中，ω为角频率，单位：弧度/秒；M
ij
为各包封间的互感、自感值，i＝1,2
…
m，j＝1,2
…
m，当i＝j时为自感值，i≠j时为互感值，单位：毫亨；I
n
为额定电流值，单位：安；U
i
为各包封分担的电压值，i＝1,2
…
m，单位：伏；f
ij
为各包封间的互感、自感系数，根据互感、自感系数与各包封内的等效匝数即可确定各包封间的互感、自感值；f
e
为将多包封电抗器等效为单包封电抗器后的自感系数；L
n
为电抗器理论电感值，单位：毫亨；m为包封数目，单位：个；n
e
为将多包封电抗器等效为单一包封形式的等效匝数，单位：匝；
[0013]步骤三、设定包封初始厚度，通过步骤一获得的铝扁线横截面尺寸及电抗器包封设计高度，确定轴向匝数；通过步骤二获得的等效匝数及轴向匝数，确定电抗器的辐向匝数；
[0014]步骤四、结合步骤二得到的电抗器的等效匝数，根据如下公式，获得电抗器的等效损耗；
[0015]P
e
＝k
p
ρπD
e
n
e
I
n
J(3)
[0016]其中，P
e
为电抗器的等效损耗，单位：瓦特；k
p
为包封的附加损耗系数，为1.2；ρ为100℃时铝电阻率，3.9
×
10
‑8欧
·
米；D
e
为电抗器的等效直径，为电抗器内径和电抗器外径的算术平均值，单位：米；n
e
为电抗器等效匝数，单位：匝；I
n
为额定电流，单位：安；J为导线内的电流密度值，单位：安/平方米；
[0017]步骤五、根据额定电流、铝扁线横截面尺寸、铝扁线内的绕合系数，取整计算得到单匝线内所需的铝扁线数量，并以此确定电抗器星架臂的数量，每根铝扁线在每个星架臂上独立起绕；
[0018]步骤六、根据步骤三获得的电抗器的辐向匝数及步骤五得到的单匝线内所需的铝扁线数量获得电抗器单层结构中缠绕的铝扁线的总数；
[0019]步骤七、根据包封等温升时，各包封热负荷相等原则可得：
[0020][0021][0022][0023][0024]其中，k
p
为包封的附加损耗系数，为1.2；ρ为100℃时铝电阻率，3.9
×
10
‑8欧
·
米；D
i
、D
j
分别为第i、j个包封的等效直径，单位：米；H
i
、H
j
分别为第i、j个包封的高度，单位：米；a
i1
、a
i2
与a
j1
、a
j2
分别为第i、j个包封内外表面的散热系数，最内最外表面无遮挡因此该值为1，中间散热系数与气道宽度，包封高度有关；k
i1
、k
i2
与k
j1
、k
j2
分别为第i、j个包封撑条的遮挡系数，最内最外表面无遮挡因此该值为1，中间处包封撑条遮挡系数为0.9；n
i
、n
j
分别为第i、j个包封的等效匝数，单位：匝；A
i
、A
j
分别为第i、j个包封内轴向金属总宽度，单位：米；
[0025]各包封内铝扁线的数目应满足公式7相同的比例关系，据此获得单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线数；
[0026]步骤八、根据步骤七中得到单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线数，重新计算包封厚度，并将新的各包封厚度重复步骤三至步骤八过程，直至两次根据公式3计算的电抗器等效损耗的相对误差值小于1％后结束循环，得到各包封的厚度、匝数；
[0027]步骤九、根据步骤四中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无环流空心电抗器损耗评估方法，其特征在于：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、根据电抗器电压等级、电抗率和额定电流，计算所需设计的电抗器理论电感值、绕制时采用的铝扁线(101)横截面尺寸、导线内的电流密度值和包封间气道宽度，确定电抗器的内径、高度和包封数目的取值范围；步骤二、在步骤一确定的电抗器内径、高度和包封数目的取值范围内选取任一数值，将电抗器内各包封均等效为单匝线圈，建立各包封线圈的串联模型，获得串联等效线圈耦合方程组(1)，进一步获得电抗器等效互感系数及等效匝数的理论计算表达式(2)，确定电抗器等效为单一包封形式的等效匝数；器等效为单一包封形式的等效匝数；其中，ω为角频率，单位：弧度/秒；M
ij
为各包封间的互感、自感值，i＝1,2
…
m，j＝1,2
…
m，当i＝j时为自感值，i≠j时为互感值，单位：毫亨；I
n
为额定电流值，单位：安；U
i
为各包封分担的电压值，i＝1,2
…
m，单位：伏；f
ij
为各包封间的互感、自感系数，根据互感、自感系数与各包封内的等效匝数即可确定各包封间的互感、自感值；f
e
为将多包封电抗器等效为单包封电抗器后的自感系数；L
n
为电抗器理论电感值，单位：毫亨；m为包封数目，单位：个；n
e
为将多包封电抗器等效为单一包封形式的等效匝数，单位：匝；步骤三、设定包封初始厚度，通过步骤一获得的铝扁线(101)横截面尺寸及电抗器包封设计高度，确定轴向匝数；通过步骤二获得的等效匝数及轴向匝数，确定电抗器的辐向匝数；步骤四、结合步骤二得到的电抗器的等效匝数，根据如下公式，获得电抗器的等效损耗；P
e
＝k
p
ρπD
e
n
e
I
n
J(3)其中，P
e
为电抗器的等效损耗，单位：瓦特；k
p
为包封的附加损耗系数，为1.2；ρ为100℃时铝电阻率，3.9
×
10
‑8欧
·
米；D
e
为电抗器的等效直径，为电抗器内径和电抗器外径的算术平均值，单位：米；n
e
为电抗器等效匝数，单位：匝；I
n
为额定电流，单位：安；J为导线内的电流
密度值，单位：安/平方米；步骤五、根据额定电流、铝扁线(101)横截面尺寸、铝扁线(101)内的绕合系数，取整计算得到单匝线内所需的铝扁线(101)数量，并以此确定电抗器星架臂的数量，每根铝扁线(101)在每个星架臂上独立起绕；步骤六、根据步骤三获得的电抗器的辐向匝数及步骤五得到的单匝线内所需的铝扁线(101)数量获得电抗器单层结构中缠绕的铝扁线(101)的总数；步骤七、根据包封等温升时，各包封热负荷相等原则可得：各包封热负荷相等原则可得：各包封热负荷相等原则可得：各包封热负荷相等原则可得：其中，k
p
为包封的附加损耗系数，为1.2；ρ为100℃时铝电阻率，3.9
×
10
‑8欧
·
米；D
i
、D
j
分别为第i、j个包封的等效直径，单位：米；H
i
、H
j
分别为第i、j个包封的高度，单位：米；a
i1
、a
i2
与a
j1
、a
j2
分别为第i、j个包封内外表面的散热系数，最内最外表面无遮挡因此该值为1，中间散热系数与气道宽度，包封高度有关；k
i1
、k
i2
与k
j1
、k
j2
分别为第i、j个包封撑条的遮挡系数，最内最外表面无遮挡因此该值为1，中间处包封撑条遮挡系数为0.9；n
i
、n
j
分别为第i、j个包封的等效匝数，单位：匝；A
i
、A
j
分别为第i、j个包封内轴向金属总宽度，单位：米；各包封内铝扁线(101)的数目应满足公式(7)相同的比例关系，据此获得单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线(101)数；步骤八、根据步骤七中得到单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线(101)数，重新计算包封厚度，并将新的各包封厚度重复步骤三至步骤八过程，直至两次根据公式(3)计...

【专利技术属性】
技术研发人员：申昱博，张健，张航，张德文，孙巍，赵春明，俞华，刘骥，周洪毅，郭蕴，李志斌，周萌，韩思玮，苑美实，孔繁荣，刘贺千，岳春风，梁建权，吴明君，盛杰，杨洪达，张明泽，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学国网吉林省电力有限公司电力科学研究院国网山西省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：