[发明专利]一种空心电抗器模型简化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心电抗器模型简化方法。

背景技术

随着我国用电量的增加，电网迅速发展，空心电抗器因具有起始电压分布均匀、线性度好、损耗小和噪音低等优点，在无功补偿、故障限流等领域得到日益广泛的应用。然而，空心电抗器不具有闭合的铁磁回路，在运行时不但会在其周围产生强工频空间磁场，而且对变电站周围电气设备的安全稳定运行构成复杂影响，故已成为变电站电磁污染的主要来源。此外，空心电抗器的空间磁场还可能对工作人员以及周边居民存在潜在的健康威胁。近年来，随着智能变电站的发展和人们环保意识的增强，大型空心电抗器的磁场预测及其对周边环境的磁场污染问题越来越受到关注，对空心电抗器空间磁场分布特性的研究也显得愈加迫切。

针对空心电抗器空间磁场的分布问题，国内外进行了大量研究，可主要分为以下三类。第一类为解析计算法，即根据毕奥-沙伐尔定律，先计算出单匝线圈附近的磁场，再通过叠加原理得到空心电抗器的磁场分布。第二类是数值计算法，此类方法从Maxwell方程出发，推导出微分或积分形式的简化数学公式，然后用有限元法等仿真方法进行求解。以上两种方法均需要预先获取空心电抗器的详细结构参数，目前大型电抗器的计算结果精确度仍有待提高。第三类为实验法，可细分为现场测量法和缩比实验法两种。现场测量法能较准确、直观地测得电抗器周围的磁场分布，但须投入较大的人力和物力，且无法在建造完成前进行测量。缩比实验法是指将大型磁场源按一定比例缩小，同时电流、电压、频率等物理量按照缩比准则分别缩小或放大，通过测量缩比模型周围的磁场，以达到预测原大型磁场源空间磁场分布情况的目的。

无论采用上述哪种方法进行空心电抗器空间磁场的测量和评估，都将面临空心电抗器数学模型或实际实验模型较复杂、制作模型时间较长的问题。为此必须寻求简化空心电抗器模型建立过程和缩短建模时间的新方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种空心电抗器模型简化方法，该方法基于空心电抗器的原模型，提出将若干圆环形载流导体作为空心电抗器的简化模型。采用该简化模型，可明显简化空心电抗器模型建立过程，缩短建模时间。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种空心电抗器模型简化方法，包括以下步骤：

步骤一：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型以及若干圆环形载流导体作为简化模型；

步骤二：利用磁场测量仪测量空心电抗器的原模型对应的径向磁场及轴向磁场；

步骤三：保证流经简化模型对应的圆环形载流导体的电流密度与空心电抗器的原模型相同，利用磁场测量仪测量简化模型对应的径向磁场及轴向磁场；

步骤四：通过比较原模型对应的径向磁场及轴向磁场与简化模型对应的径向磁场及轴向磁场，并选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。

所述步骤一中，空心电抗器的原模型长度为l=134mm，直径为D=138mm，匝数为N=120，背景磁场为0.03μT，流经模型的电流为0.03A，频率为50Hz。

所述步骤一中，简化模型包括单线圈简化模型、双线圈简化模型和三线圈简化模型。

所述步骤二中，测量空心电抗器的原模型的径向磁场时，磁场测量仪放在高度为67mm处，即模型中心的高度。

所述单线圈简化模型将所有匝集中在一个圆环形载流导体中，圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。空心电抗器的原模型简称原模型。

所述双线圈简化模型使用两个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3/2倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。

根据两圆环形载流导体的间隔距离不同，双线圈简化模型包括两种结构，结构一中，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/3l和2/3l；结构二中，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/4l和3/4l。

所述三线圈简化模型使用三个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小和频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。