[发明专利]一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法

说明书

本发明公开了一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，包含以下步骤：步骤1)，根据DLT 653‑2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定电压；步骤2)，根据DLT 653‑2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定工作磁密；步骤3)，确定铁心有效截面和绕组匝数的乘积；步骤4)，根据铁心有效截面和绕组匝数的乘积得到多组设计方案；步骤5)，选择导线线径；步骤6)，在Ansys Maxwell软件中建立场路耦合模型，通过改变外部电路和有限元模型的参数对不同设计方案的放电性能进行仿真分析；步骤7)，得到多组符合性能要求的仿真结果，选择最优设计方案。本发明方法设计出的快速放电线圈，大大减小了断路器断口发生电弧重燃的概率。

技术领域

本发明涉及无功补偿技术领域，具体涉及放电线圈。

背景技术

随着电网的发展，电力系统中电力电子装置等非线性设备的使用量越来越大，由于电力电子设备的功率因素普遍较低，为了维持电力系统的稳定运行，就需要进行无功补偿。电力电容器以其运行维护方便、有功损耗小、单位容量投资小等特点而被广泛用于无功补偿。并联电容器组一般配套有放电线圈，放电线圈的作用是在切除并联电容器后快速泄放并联电容器上的残余电荷，降低断路器断口电压，减小断口发生电弧重燃的概率。并联电容器切除后，放电线圈的铁心在电容直流残压的作用下快速饱和，铁心饱和之后才开始给电容器放电，放电线圈铁心未饱和时并联电容器的电压基本保持不变。断路器分闸后10ms刚好是电源电压转换到与并联电容器残压相反极性的峰值时间，此时断口电压达到峰值，发生电弧重燃的概率最大。由于电源电压不能改变，因此只能通过降低电容器残压来减小断口电压峰值，从而降低发生电弧重燃的概率。传统的硅钢片铁心放电线圈的饱和时间一般大于10ms，不能保证在10ms内大幅降低电容残压，故在传统放电线圈接入后，断路器断口在分闸前期依然有发生电弧重燃的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，解决传统硅钢铁心放电线圈饱和速度慢、放电速度慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，非晶铁心快速放电线圈的设计参数包括额定电压、额定工作磁密、铁心有效截面、铁心窗高和窗宽、绕组匝数和导线线径、直流电阻值、并联电容器组补偿容量、绕组绕制方式，设计方法包含以下步骤：

步骤1)，根据DLT 653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定电压，非晶铁心快速放电线圈的额定电压与并联电容器组的额定电压相等；

步骤2)，根据DLT 653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定工作磁密，快速放电线圈的额定工作磁密小于铁心材料饱和磁密的77％；

步骤3)，确定铁心有效截面和绕组匝数的乘积，铁芯有效截面和绕组匝数的乘积计算公式为

U_N为快速放电线圈的额定电压，B_N为快速放电线圈的额定工作磁密；

根据经验公式确定铁心的窗高和窗宽，经验公式为：式中：X为铁心窗高，Y为铁心窗宽，S为铁心有效截面；

步骤4)，根据铁心有效截面和绕组匝数的乘积得到多组设计方案，保持铁心有效截面与绕组匝数的乘积不变，选取边长依次递增的整数，得到对应的截面和对应的线圈匝数，再在得到的匝数之间选取能被1000整除的匝数，通过匝数再次得到截面积；

步骤5)，选择导线线径，采用下述公式计算直流电阻值：

ρ为导线材料的电阻率，N为绕组匝数，A为铁心叠厚，B为铁心带材宽度，h为绕组高度，t为绕组厚度，d为绕组与铁心之间的水平绝缘距离，为导线线径，a为导线截面面积；