基于全损耗计算的空心电力电抗器温度场研究

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等温升法干式空心电抗器设计的电磁计算及损耗研究

等温升法干式空心电抗器设计的电磁计算及损耗研究

交直流电流电抗器的可行性和损耗的合理性,有效提高了电抗器运行的可靠性。
关 键 词 :等温升法; 干式电抗器; 涡流损耗; 交流复合电阻
中 图 分 类 号 :TM47
文献标志码: A
文 章 编 号 :2095 -6 8 43 (2 01 9 )0 5 -0421 -0 8
Research on electromagnetic calculation and loss of the design of dry-type air core reactor by isothermal rise method
Abstract :On the basis of introducing the design principle
of
drytype air-core reactor with isothe
and aiming at the eddy current loss of the reactor , a Bartky transformation method is proposed to calculate the mag­
1 1 2, 3, 1 李 中 元 王 鲁 昕 刘 芳
刘力伟
姜鹏
( 1 . 国 网 黑 龙 江 省 电 力 有 限 公 司 电 力 科 学 研 究 院 ,哈 尔 滨 1 5 0 0 3 0 ; . 中 国 石 油 集 团 电 能 有 限 公 司 热 电 一 公 司 ,黑 龙 江 大 庆 1 63 3 1 4 ; . 国 网 黑 龙 江 省 电 力 有 限 公 司 ,哈 尔 滨 1 50 03 0 )
摘 要 :在介绍等温升法干式空心电抗器设计的原理基础上,针对电抗器的涡流损耗,提出了采用B a t k y 变换法计算电抗器

开放式空心试验电抗器的设计研究

开放式空心试验电抗器的设计研究
Key words: low voltage ride through; open-type air-core test reactor; inductance calculation; calculation of temperature rise
0 引言
低电压穿越是指电网故障或扰动引起风电场并 网点电压跌落时,在一定电压跌落的范围内,风电 或光伏机组能够坚持并网运行,直到电压恢复如常, 从而维持电网稳定。电抗器在低电压穿越测试装置 中起到阻抗分压作用,通过限流电抗器和短路电抗 器的阻抗分压来控制机组上电压跌落的百分比,从 而起到测试风机是否具有低电压穿越能力的作用, 是测试装置的核心设备 。 [1-4]
图1 开放式空心试验电抗器结构图
2 工作原理
试验电抗器在低电压穿越测试装置中分两种:限 流电抗器和短路电抗器 [1-2,4]。图 2 为开放式空心 试验电抗器电感调节方式。
CB2
交流
电网
X10
~ 变压 CB1 K11 器1
限流电抗X1 X11 X12 X13 CB3
K12 K13 K14 CB4
被测 风机
Abstract: The reactor plays the impedance and partial pressure part in low voltage ride through test device. This paper carried out research on the design method for a kind of open-type air-core test reactor. Introduction was made to its inductance calculation, insulation design and calculation of temperature rise. This paper compiled the software of inductance calculation based on VB and carried out simulation verification for the inductance and coil loss by Maxwell. The actual measurement result shows that the prototype has a little bias inductance, sweeping through insulation test with a little higher temperature rise than the designed value, which meets the engineering requirement of the project.~ 变压 器2来自移动式LVRT测试装置

基于故障电流和温度场分析的电抗器绝缘检测技术

基于故障电流和温度场分析的电抗器绝缘检测技术

基于故障电流和温度场分析的电抗器绝缘检测技术摘要:干式空心并联电抗器是电力系统中一种重要的装置,其运行的稳定性直接关系着电力系统中输送电能的质量。

电抗器在运行过程中,往往会因为一些外部环境、自身结构等原因,导致电抗器在运行过程中会产生局部温升过高、过热等情况。

电抗器包封绝缘开裂可能会引起匝间或股间短路故障,进而引起电抗器的损坏,其运行状况可通过电抗器周围的温升来反映。

本文通过对电抗器故障电流的分析,并采用理论模型计算电抗器温度场分布并进行仿真实验,并通过选择合适的测温系统、实时监测电抗器内部温度分布的研究,具有重要的意义和重大的实用价值。

关键词:电抗器;温度场;电力系统;绝缘0 引言电抗器是远距离输电系统的主要辅助设备之一,用于补偿电力系统的无功容量,降低动态电压。

电力电容器与电抗器串联后,通过选取合适的参数,可以有效抑制网络中的高次谐波,同时限制电力电容器的合闸电流和操作过电压,对电力电容器的安全运行、改善系统电压波形起到良好作用[1]。

干式空心并联电抗器20世纪八十年代引入中国,广泛应用于长距离输电线路容性无功功率的补偿。

电力系统对电力电抗器的性能要求主要为电感值、通流能力。

电抗器在运行过程中,往往会因为一些外部环境、自身结构等原因,导致电抗器在运行过程中会产生局部温升过高、过热,并最终导致电抗器的局部烧坏,甚至报废,包封绝缘发生开裂后,由于雨水和脏污侵袭,会伴随受潮、脏污和局部放电发生,造成绝缘性能快速下降,造成了很多事故,给国家和企业带来较大的经济损失。

电抗器在运行过程中,匝间绝缘的薄弱易导致股间短路和匝间短路故障的发生,因此针对其发生匝间短路和股间短路时的短路电流大小及分布特点进行理论和仿真分析,因此,采用理论模型计算电抗器温度场分布及选择合适的测温系统[2,3]、实时监测电抗器内部温度分布的研究[4,5],对电抗器的生产制造和长期稳定运行具有重要的意义和重大的实用价值。

1干式空心电抗器的结构和原理电抗器是远距离输电系统的主要辅助设备之一,用于补偿电力系统的无功容量,降低动态电压。

关于空心电抗器电场问题的探讨

关于空心电抗器电场问题的探讨

中图分类号 :T M4 7
文献标识码 :A
文章编号 :1 0 0 2 — 1 3 8 8 ( 2 0 1 5 ) 0 7 . 0 1 1 2 . 0 1
引言
电抗 器 属 于 电感 元 件 中 的一 种 ,当 电抗 器 通 过 交 流 电流 时 ,就呈现 出感抗 。在 电力系统 中,电抗器起到 限制短路 电 流、稳定系统 电压 、补偿容性无功等作用 。它主要分为 空心 电抗 器 、铁 心 电抗 器 和 磁 屏 蔽 电抗 器 等 三 种 基 本 类 型 。近 年 来 ,随着经济建设 的发展及居 民物质 文明需求的提 高、电网 容量和用 电负荷不 断增 加,对 电抗器 的需求量也在不 断地增 长 。其中空心 电抗器 因具有优 良的电气性 能和 机械 性能 ,在 输变 电站 、风力发 电、冶金 、煤矿 、化工和 电气化铁道 等领 域 获 得 了广 泛 地 应 用 。 与传 统 的油 浸 式铁 心 电 抗 器 相 比 ,空 心 电抗 器 具 有 重 量 轻 ( 无铁心 、无油 ) 、 机 械 强度 高 ( 固 化 为一个整体 ) 、 电感 线 性 度 高 ( 不饱和 ) 、 结 构 简 单 、 维 护 工 作量少 、防火要求低 等优点 。
发电工程
关于 空 心 电抗器 电场 问题 的探讨
盛 苹
沈 阳工 业 大 学 , 辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 0 0
摘 要 :就 空 心 电抗 器 电场 、 有 限 元分 析 数 学模 型 、 电 抗 器 的 二 维 电场 、 空心 电抗 器在 短 路 状 态 下 的 瞬 态 电 动 力 等 情 况 进 行 了分析 , 我 们 认 为 ,在 空心 电抗 器 的设 计 阶 段 , 有 必 要 得 出 电抗 器 所 承 受 的 最 大 电动 力 ,从 而避 免 因 结 构 设 计 强 度 不 够 , 导 致 电抗 器 发 生损 坏 甚 至产 生 电 力 事 故 。 关 键 词 : 空心 电抗 器 电 场 : 电抗 器 ; 电动 力

基于有限元计算的空心干式电抗器设计

基于有限元计算的空心干式电抗器设计

分 数 ,根据 这些 条件就 可 以计算 出满足 这些 条件 的
额 定 电抗值及 额定 电流 ,计算 公式 如下 :




() () 以推导 出 : 1 、 2可
关键词 : 空心干式 电抗器;有限元计算 ;设计
中图分类号 :T 4 M7
文献标识码 :B
文章编号 :10 — 15 2 0 ) 5 0 4 — 3 0 7 3 7 (0 8 0 — 0 6 0
De i n o y Ty r Co eR e c o s d o nieElm e l u a i n sg fDr - peAi- r a t rBa e n Fi t e ntCa c l to
0 引言
电抗 器是 配 电系统和 变频 器系 统 中的重 要 电器
计算技 术也 可 以用 来设 计干式 空心 电抗器 。
l 设 计 过 程
1 1额 定 电抗 的计 算 . 要 设计 出 电抗器 ,必须 要给 出 电抗器 的设计 条 件 ,如 电抗器 的额 定容 量 、额定 电压和 电抗 压 降百
维普资讯
江苏 电器 (0 8 . 2 0 5 No )
基 于有限元 计算 的空心干 式 电抗 器设计
基 于有 限元计 算 的空心干式 电抗器设计
宋 红 卫
( 煤炭科 学研 究总 院常州 自动化研 究院 电气研 究所,江苏 常州 2 1) 1 0 3 5
SONG n — i Ho g we
( p r n l tc l n ier g C a gh u tmainR sac si t hn o l sac Deat tfEe r a E gn ei , h n zo Auo t ee rhI tuefC i C aRee rh me o c i n o n t o a

基于有限元计算的空心干式电抗器设计

基于有限元计算的空心干式电抗器设计

1 设计过程
1.1 额定电抗的计算
要设计出电抗器,必须要给出电抗器的设计条
件,如电抗器的额定容量、额定电压和电抗压降百
分数,根据这些条件就可以计算出满足这些条件的
额定电抗值及额定电流,计算公式如下:
X L=
I NX N U N×103
×100 % =
3 INXN U L×103
×100 %
(1)
Sd=I 2NX N×10-3
Institute, Changzhou 213015, China)
Abstract: Introduction was made to the dry-type air-core reactor design system developed under Windows environment, using VC++6.0 as programming language and taking finite element as the foundation, having given out calculation formula for rated reaction, calculation method for design model induction value, determination principle for source area current density and design example of reactor parameters. Results show that to use finite element in design of dry-type air-core reactor is higher in accuracy than the traditional calculation method.

干式空心电抗器温度场仿真计算及试验分析

干式空心电抗器温度场仿真计算及试验分析
关键词 :
干式空心 电抗 器 ; 温度场 ; 仿真计算
基金项 目:
内蒙古电力( 集团 ) 有 限责任公 司科技项 目( N o . 2 0 1 6 0 1 0 6 7 )
0 引言
干式 空心 电抗 器具有 损耗小 、 噪音低 、 维 护简单 、
中在干式 空心 电抗器 温度分 布 , 但对 于包封 内各层 电
干式空心 电抗器温度场仿真计算及试验分析
岳永 刚 , 格 曰勒 图 , 周广东
( 1 . 内蒙古超高压供 电局 , 呼和浩特 0 1 0 0 8 0 ; 2 . 山东泰开 电力 电子有限公司 , 泰安 2 7 1 0 0 0 )
摘要 :
结合 干式 电抗 器温度场仿真计算及试验 , 分析包封 内部轴向温度变化 、 包封 内部导线之 间的温升规律 。包封内的温 升最 高点 位于包封 中上约 1 / 4处 。包封 内部导线 之间的温升差别较小 , 包封 内的温升差别在 I  ̄ C 以内。温度沿 绝缘 浸胶玻璃 丝的径 向分布具有较大 的梯度 。气 道 中间的温度接近室温 , 温升约为 5 K, 气道 内部温度具有较 大的梯度。 对于气道宽度设计 , 应 考虑气道宽度更改后对温升分布的影 响。
离J 端 的距 离约 6 0 m m, 考虑电抗 器的t半 部分温升梯
=三 三 兰兰 , —— ・一 ._
场微分 方程 , 对干式空心 电抗器 温度 场进行 了分析 , 计
封沿 轴 向的温升分 布 , 电抗 器平均 温升和最 热点 温升
的关 系等方 面还缺少 相关分析研 究1 1 - 8 l , 而这 些问题 是 电抗 器设计 、 运行 过程 中最 为关 心的方 面。尤其 缺乏
电抗器温度分布与 电抗器 匝问绝缘状态诊断研究。

基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电抗器优化设计

基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电抗器优化设计

基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电
抗器优化设计
电抗器是电力系统中常见的无功补偿装置,具有减少无功损耗、提高系统稳定性和改善电压质量等优点。

随着电力系统的发展和智能化程度的提高,对电抗器的性能和效率要求也越来越高,优化设计成为必然趋势。

本文介绍了一种基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电抗器优化设计方法。

第一步:建立有限元模型
首先,需要对空心电抗器进行建模,建立数学模型。

采用有限元方法,将电抗器的三维结构化成各种几何体单元,将问题转化为求解各单元边界上的物理场问题。

在建模过程中,需要考虑电场、磁场、温度场等多种物理场及其耦合关系。

第二步:仿真求解
利用有限元软件对建立的模型进行仿真求解。

对于不同的耦合场,需要选择相应的边界条件和求解算法。

以电场为例,需要设置初始条件和边界条件,包括电压和电荷密度等。

同时,考虑屏蔽材料的特性及其对电场的影响。

第三步:重构模型
在仿真求解的基础上,对模型进行重构。

根据仿真结果,对电抗器的结构和材料进行优化调整,降低损耗和温升,并保证电抗器的性能满足要求。

需要注意的是,在优化的过程中要兼顾多个物理场的耦合,以及优化目标的多样性。

第四步:验证优化效果
对优化后的电抗器进行仿真验证,包括电场、磁场、温度场等物理场的仿真。

对比仿真结果,验证优化效果是否满足设计目标。

如果效果不理想,需要重新进行优化设计和验证。

综上所述,基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电抗器优化
设计方法可以解决电抗器优化设计过程中多种物理场的复杂耦合问题,提高优化效率和设计精度,有望成为未来电抗器设计的重要手段。

SVC及其TCR电抗器的设计

SVC及其TCR电抗器的设计

SVC及其TCR电抗器的设计智能仪器仪表[摘要]关键词0引言SVC及其TCR电拓器的设计易兆林,胥军(顺特电气有限公司,广东佛山528300)介绍了SVC的基本要求和工作原理,分析了TCR电抗器的作用及工作特性,着重分析了TCR电抗器谐波电流下的损耗计算及温升校验方法,对干式空心TCR电抗器的设计计算,制造及试验有一定的指导意义.SVCTCR无功涡流损耗设计sVC是无功功率静止补偿装置(StatiCVarComp-ensator)的英文缩写;TCR并抗则是最常见的FC(FixedCapacitor)+TCR型SVC的重要组成部分,是Thyristor-ControlReactor的英文缩写,其设计制造质量的好坏直接关系到sVC的使用效果及使用寿命.1SVC简介1.1基本要求及原理sVC就是无功功率静止补偿装置.SVC的基本原理就是根据系统无功的变化,实时调节装置的无功消耗或输出,以补偿系统的无功变化;同时通过其滤波装置阻止负荷向系统倒送谐波电流,从而达到防止电压闪变及治理谐波污染的目的.1.2各种SVC的基本特点(5)混合型sVC.混合型SVC可有TCR+FC型,TCR+TsC+FC型, TCR+MSC(MechanicallySwitchedCapacitor)+FC型,TCR+TSC+MSC+FC型等型式,主要用于电力系统枢纽站,增加输电线路输电能力,降低输电损耗,阻尼系统振荡,防止电压闪变,提高系统稳定水平. TCR+TSC+FC型SVC,我国从瑞典引进了两组,安装在武汉凤凰山500kV变电站,其原理接线见图1所示;从国外引进的安装在沈阳,株洲,郑州,江门等500kV变电站的SVC,都采用了TCR+MSC+ FC的型式.常见的sVC有如下几种型式:(1)饱和电抗器型SVC,即SR(SataratedReactor)型SVC.(2)TCT型SVC.(3)TCR+FC型SVC.(4)TSC型SVC.收稿日期:2005—11—28作者简介:易兆林(1965一),男,湖南醴陵人,工程师,主要从事电抗器类产品开发设计及技术管理.胥军(1968一),男,陕西宝鸡人,主要从事电力电子产品开发设计及电抗器类产品开发设计工作.66四豳2006年1期图1TCR+FC+TSC型SVC2TCR的作用TCR是SVC的重要组成部分,它与可控硅晶闸管,检测及控制系统组成了及时调节无功消耗量的部分.检测及控制系统,通过自动检测及跟踪系统无功功率的变化,控制晶闸管的导通状态,等效改变TCR的电抗即无功消耗,从而达到SVC装置防电压闪变及治理谐波污染的目的.TCR并抗三相通常按三角形方式连接,这样可消化自身产生的三次谐波,不致于流入系统而增加三次谐波滤波装置的投资;TCR单相又一分为二,由通过高压晶闸管组串联的,垂直叠装的,相同的两个电抗器组成,这样降低了电抗器短路情况下,系统电压全部加于晶闸管两端的可能性,晶闸管得到了保护,同时也减少了大电流短路事故的发生.智能仪器仪表3TCR设计中的几个问题3.1干式空心电抗器的设计树脂绝缘干式空心电抗器采用小截面圆铝线,多风道,多并联支路结构,玻璃纤维填充环氧树脂高温固化成形工艺,线圈两端米字形铝排支架连接各并联支路的首末两端,并作为安装件,便于安装及连接.该结构的应用,可大大减少涡流损耗等附加损耗,改善温度场分布,提高电磁效率;匝间电压较低,层间电压很小几乎没有,大大提高了产品的可靠性;米字形铝排支架的应用,使各并联支路非整数匝成为可能,解决了整数匝造成的环流,电流分布不合理,导致局部过热的问题;环氧树脂技术的不断完善和进步,使产品在高温固化成形后成为一刚化的整体,保证了产品的绝缘性能,稳定性和耐冲击能力,确保了产品的质量及使用寿命.TCR电抗器采用干式空心电抗器的型式,具有上述全部特性.3.2单相两线圈之间的互感鉴于TCR电抗器的工作性质及特点,TCR电抗器被设计成单相两线圈经晶闸管串联方式,采用上下分裂,垂直叠装结构,由上下完全相同的两线圈组成一相,如图2所示.图2安装于某钢铁企业的TCR电抗器晶闸管导通时,两线圈之间电压差几乎为零:当晶闸管截止时,两线圈之间压差就是线电压,因此两线圈之间必须通过合适的绝缘子和空气间隔隔开.两个独立线圈之间有一定的互感,其值是正值. 其单个线圈的自感与两个线圈之间的互感之和的两倍,就是TCR并抗的每相电感,因此TCR单个线圈的自感较TCR并抗单相额定电感的l/2略小,一般小l0%~l5%.这也是为什么TCR并抗采用上下分裂垂直叠装形式,而不采用互感小的两线圈独立平放方式的缘故,既节约设备投资也减少安装占地. 3.3TCR额定电流的确定TCR并抗出力随晶闸管的导通状况(导通角大小)不同而不同,我们称TCR并抗晶闸管最大工作导通角时的电流为TCR的额定电流,它是此状态下流过TCR电抗器的各次谐波电流的方均根值, 广_=———一=———■■—————■(,Ⅳ=√,+++…).TCR在最高运行电压下,晶闸管全导通时的电流为k,c,l(=/己厂N,是TCR在额定电压下晶闸管全导通时的电流.一般情况下TCR的额定电流,取,的60~l00%左右,依负荷性质不同及系统设计裕度的不同而不同.3.4谐波电流下的温升校验铁心电抗器有铁心磁路,不会有太多漏磁进入线圈;干式空心电抗器所有磁力线均无铁心磁路约束, 而以空气为磁路,许多还穿过线圈导体本身,因此空心电抗器的涡流损耗及杂散损耗,外部金属件损耗等附加损耗就较多.TCR设计时,必须考虑附加损耗的影响,并校验谐波电流下的温升.显然,电抗器结构及参数不变的情况下,不同的电流或不同的谐波电流分布,其线圈本身发热损耗也不同,其温升也不同.因此,温升校验的基础工作是损耗计算.磁场中导体之涡流,正比例于磁感应强度及其频率f,即:厂(1)涡流损耗P=~fi2(1r(1dsf2r(.1ds(2)空心电抗器中B正比例于电抗器电流I所以,涡流损耗P,I-r㈨ds(3)所以,t次谐波电流.下,电抗器涡流损耗:P,oc.t.)ds(4)厂.为基波频率令'rdsocK?R,则Pwt=t?K?(5)为工频下电抗器涡流损耗与电阻损耗的比值,可通过理论计算结合实测结果确定.它与线圈结构,导线大小等许多因素有关,是一个较复杂的计算过程,其一般情况下是线性的只与线圈结构参数有关.我们通常取0.1~0.3之间.t次谐波电流,下,杂散损耗忽略不计,总损耗:P.=电阻损耗+涡流损耗=+fK.(6)这样,TCR并抗在额定电流IN=,.+,,+,…,的作用下,其总损耗:e=ye,:∑(+fK?)=∑(1+f)?(7)将上述总损耗,输入温升计算软件,即可校核TCR并抗在该额定电流作用下的温升,从而校验其设计可靠性.将上述总损耗等效为某一工频电流,单独施加在该线圈上产生的总损耗:(1+)=∑(1+r)?/,2R(8)t=l2006年1期四圆67技术交流官桥变11OkV1情况介绍TA;茎漏油王连辉,王门鸿(泉州电业局,362000)官桥变是我局一个重要的220kV变电站,110kV TA都为早期湖南醴陵互感器厂93年生产的产品. 该站运行近9年来,经常发生110kVTA渗漏油的现象.给电网安全运行带来较大的隐患,同时运行维护工作很大.其TA的缺陷主要有以下几个方面: (1)一次接线板渗漏,占缺陷总数的32.3%;(2)上挂板渗漏,占缺陷总数的10.5%;(3)二次接线柱渗漏,占缺陷总数的15.2%;(4)取油阀口渗漏,占缺陷总数的17.6%;(5)其他缺陷占总数的24.4%. 其中一,二次接线柱和上挂板的渗漏占总缺陷的58%,这些缺陷的处理都涉及到停电,限电问题. 因此TA的渗漏油已经严重影响到整个官桥变的完全运行.2渗漏油原因及对策经过分析研究,渗漏油有以下几个原因:(1)设备运行时间已有9年多,但还没有达到设备的使用寿命,所以并不是渗漏油的主要原因.对策:尽快安排技改,更换为新型的SF互感器. (2)设备承载的负荷重,加上气候温差大,故设备容易渗漏.负荷大,温差大应该说是渗漏油的一个主要的原因,但是设备在负荷低甚至长期备用收稿日期:2004-11-22的处理对策的情况下也存在渗漏油现象.所以这也不是主要的原因.对策:在条件允许的情况下,尽可能转移负荷,并加强监测.(3)人为责任.①检修方面:目前检修班组在管理与技术力量上都存在一定的薄弱环节,有些检修人员责任心不够,造成人为的渗漏油现象发生.对策:加强检修人员综合素质的培训.②运行方面: 管理不到位,未能在安全距离允许范围内,对设备进行局部的定期维护.对策:加强变电运行的管理, 做到日常维护到位.而人为责任也并不是渗漏油的主要原因,因为在我们加强管理的同时互感器还不断有渗漏油现象发生.经多方面分析后,我们认为该批产品渗漏油的主要原因是结构设计上的不合理造成的.据了解,同期的产品普遍存在渗漏油现象.目前厂家已改进了互感器一次接线板,二次接线柱及上挂板的设计.下面着重阐述互感器存在的不合理的结构以及改进措施.(1)原一次接线板的结构示意图如图1.该结构的密封圈采用的是方形密封圈,这种结构存在一个图1原一次接线板结构示意图I由=(9)就可l,XffJ工频等效电流,模拟实测TCR并抗的实际温升.4结束语SVC装置中TCR并抗设计,必须考虑谐波电流68四衄2006年1期分量引起的损耗增加及温升升高等影响,计算出等效基波电流,校核其温升,并用该等效电流实测TcR并抗的温升,以确保产品的可靠性.参考文献[1】加拿大电工协会工程与运行分会静止补偿器委员会编刘取,马维新等.静止补偿器用干电力系统无功控制,水利电力出版社.1989【2】T-J.E.米勒.胡国根译,何仰赞.电力系统无功功率控制,水利电力出版社,1990年。

基于CFX的±800kV干式空心平波电抗器温度场仿真分析

基于CFX的±800kV干式空心平波电抗器温度场仿真分析

基于CFX的±800kV干式空心平波电抗器温度场仿真分析摘要:为了验证干式空心平波电抗器温升是否满足要求,本文围绕实际产品采用三维数值分析软件对产品温度场进行模拟,得到了温度场分布特征,通过与试验数据的对比分析,进一步验证了计算的合理性与准确性,为特高压产品的设计提供了理论指导,也提供了一种验证干式空心平波电抗器温升的方法。

关键词:干式空心平波电抗器;特高压;仿真计算;温度场中图分类号:0 引言特高压干式空心平波电抗器的温升试验是产品出厂前必须要做的,通过这一指标是否合格来判断产品是否能够长期可靠、安全的运行。

然而电抗器大多裸露在自然环境中,采用自然对流方式冷却,由于特高压产品电流较大,损耗较高,包封内线圈温度较高,不合理的设计可能会使线圈温升不合格,甚至超过绝缘耐热要求而导致绝缘失效对整个电网造成破坏。

为了能够在产品设计阶段准确预测产品的温升,本文以某台±800kV的特高压电抗器产品为例,采用全三维数值仿真技术模拟产品换热过程。

1 仿真中采用的换热技术1.1空气与线圈间的共轭换热首先,线圈内部由于温差会进行热传导,由于线圈为金属材料,其导热系数较大,故在一层线圈上,沿圆周方向温度梯度较小,可以忽略圆周方向的热传导。

沿高度方向的热传导是由于各层热流密度不均造成。

可将各层线圈损耗结果以热流密度形式加入到计算模型中,计算由此而引起的温度分布。

其次,线圈与空气间会产生热对流,实际中线圈外部包有绝缘材料,使得空气与线圈间不直接接触,计算中采用薄壁模型,无需建立绝缘材料实体,可直接在计算中虚拟加入绝缘材料厚度,并考虑材料导热特性。

再次,冷热空气之间也会形成热对流,由于空气被加热密度减小,热空气上升冷空气下降,这样就形成了自然对流,计算中采用浮力模型可以模拟这一问题。

1.2线圈内热电耦合线圈中的损耗会影响温度变化,而温度变化会影响线圈电阻,从而影响线圈损耗,因此,温度与损耗是一对相互影响的变量,如果不考虑这部分耦合影响,计算会出现较大偏差。

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论是 进 口的还是 国产 的 空心 电抗 器 , 从 在 电 网 中 的
若干 层并 联绕 组 , 具 体 层 数 的设 计 由温 升 决 定 。各 包封 的导 线首末 端 分别焊 在 上下金 属 星形接 线臂 构 架上 。 因此 , 空 心 电抗器 的结 构件 少 , 损 耗 主要集 中 在绕组 中 , 包括 绕组 电阻 性 损 耗 和绕 组 内 的涡 流 损 耗, 上 下接 线臂 构架 中有 一定 量 的涡流损 耗 。
作 者 简 介 :阎 秀 恪 ( 1 9 7 3 - ) , 女 ,辽 宁 籍 ,副教 授 , 博士 , 研究 方向为电气装备耦合物理场分析与优化设计 ;
代忠滨 ( 1 9 8 6 - ) , 男 ,辽 宁 籍 , 工 程 师 ,研 究 方 向为 电气 设 备 电磁 场 分 析 与优 化 设 计 。
基 于全 损 耗 计 算 的 空心 电力 电抗 器 温 度 场 研 究
阎秀 恪 ,代 忠滨 ,于存 湛 ,谢 德 馨
( 1 .沈 阳工业 大 学电 气工程 学 院 ,辽 宁 沈 阳 1 1 0 8 7 0; 2 .河南平 高 电气股份 有 限公 司 , 河 南 平顶 山 4 6 7 0 0 1 ; 3 .辽 宁省 电力有 限公 司检修 分公 司 , 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 3 ) 摘要 : 针 对 引发 空 心 电力 电抗 器故 障的局 部过 热 问题 , 在 二 维和 三维磁 场有 限元 分 析 的基 础上 , 计 算 空心 电抗 器 的全部 损耗—— 绕组 内损 耗 和接 线臂 构架 内的 涡流损 耗 。其 中绕组 内损 耗 包括 绕 组 电 阻性损 耗 和绕 组 内的 涡流损 耗 。 以计 算得 到 的全部 损耗 作 为热 源 , 结合 空心 电抗 器 的散 热条件 ,
使用 和 维护来 看 , 运行 一 段 时间后 , 都 不 同程度 地 出
现局 部 过热烧 损 , 甚 至 起 火 的 问题 , 引 起 了 电 网、 生
产企 业 和研究 者 的高 度 重视 ¨ ’ 。空 心 电抗 器 的损
耗与 温 升分 布 问题得 到 了越来 越 多 的关 注 。
电力 设备 中的各 项损 耗是 引起 温度 升 高 的激励 源, 因此 损耗 分 布 的精 确 计 算 是 温度 场 研 究 的必 要 条件 , 而损 耗 分 布 的精 确 计 算 又 依 赖 于 电 力 设
空心 电抗 器 的结 构 简 单 , 其 主要 部 分 由若 干 个 圆筒 形包 封并 联 组 成 , 如 图 1所 示 。每 个 包 封 内有
收 稿 日期 :2 0 1 3 0 - 8 - 2 6
基 金 项 目 :辽 宁 省 教 育 厅 科 技 基 金 ( L 2 心 电抗 器 结 构 图
Fi g. 1 St r u c t u r e s ke t c h o f a i r c o r e r e a c t o r
备运 行 时磁场 的 准 确分 析 , 同 时 温度 的变 化 又 与 设
备 本 身 的散热 条 件密 不可 分 , 因此 , 电力 设备 的温度
建 立空心 电抗 器 内部 温度 场及 周 围流体 场耦 合有 限元 模型 , 对 空心 电抗 器进行 了二 维和 三 维流 场一 温度 场耦 合计 算 , 得 到 了电抗 器各 包封 的 温度 分 布 , 研 究 结果表 明接 线臂 构 架和撑 条影 响 了电抗 器 的 温升 以及 最热 点位 置 , 考 虑全 部损 耗和 散 热条件 的三维 流一 热耦合 分析 是 十分 必要 的。
关 键 词 :空 心 电抗 器 ; 损耗 ; 热源 ; 流 体. 温 度 耦 合 场
中 图分 类 号 : T M4 7 2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 3 . 3 0 7 6 ( 2 0 1 5 ) 0 4 - 0 0 3 1 . 0 6
1 引 言
我 国正 在建 设 大容量 、 远 距离 、 特 高压 的坚 强 国 家电网, 对 电 网中 电力 设 备 的 安 全 稳定 性 提 出 了更 高 的要 求 。空心 电抗 器作 为 系统无 功 补偿 、 限流、 过 电压 保 护 的重要 设备 , 在 电 网 中大 量使 用 。但 是 , 无
场研 究是 一个 磁 场- 温 度场 - 流 场 紧密 耦合 的 多物 理
场耦 合 问题 。传统 的采 用 经验公 式 计算 电力 设备 平 均 温 升 的方法 就 略 显粗 糙 , 也无 法 获 得 热 点 位 置
及 温 升分 布 。
除传统 的采 用 经验 公 式 计 算 平 均 温 升之 外 , 采 用 有 限元 法 分 析 空 心 电抗 器 的温 度 场 又 分 两 种 方 式 。一 种是 先通 过 努 塞尔 系数 求 出对 流换 热 系数 , 然 后采 用有 限元 法计 算 温 度 场 , 但 通 过 努 塞 尔 系数 直 接求 出的对流 系数 不 够 准 确 , 需要 反 复 调 整 ¨ 。
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电 工 电 能 新 技 术
第3 4卷
另外 一种就 是建 立 电抗器 的温 度场 和周 围气 流场耦 合 的有 限元 模 型 , 计算 得 到空 心 电抗 器 温度 场分 布 , 这种 方法 不 需 要 事 先 指 定 对 流 系 数 。文 献 [ 9 , 1 0 ]
第3 4卷 第 4期
2 0 1 5年 4月
电 工 电 能 新 技 术
Ad v a n c e d Te c h n o l o g y o f El e c t r i c a l En g i n e e r i n g a n d En e r g y
Vo 1 . 3 4 ,No . 4 Ap r .2 01 5
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