[发明专利]一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法

说明书

一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法，获得电抗器的初始设计参数，计算电抗器的互感矩阵，结合流过电抗器的总电流获得各包封线圈的电流。采用解析法获得包封中每匝线圈的损耗，计算电抗器各包封线圈的总损耗。搭建电抗器的模型，将计算得到的各包封线圈的总损耗，作为电抗器的模型中的热源条件，通过流场‑温度场耦合，获得电抗器的温度场仿真结果。根据温度场仿真结果，提取不同路径下的温度、流场及包封壁面热流密度，结合温升计算方法，形成最内、最外包封与内部包封间的热负荷分配系数；获得电抗器的优化设计结果。本发明设计方法借助于电抗器的流场‑温度场耦合仿真技术，实现电抗器各包封温升分布基本相同，提高金属导体利用率。

技术领域

本发明属于电抗器技术领域，具体涉及一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法，通过优化分配包封热负荷来提高电抗器线圈的散热能力，提高金属导体利用率。

背景技术

随着电力系统的迅猛发展，电抗器在系统中的应用越来越广泛。其中，干式空心电抗器因结构简单、线性度好、重量轻等优点，成为大型电力电抗器的首选类型。目前常用的电抗器设计方法包括等电流法、等电密法及阻性压降模相等法，然而上述的方法存在内部各包封温升分布不均的问题；同时电抗器最内最外包封一侧与内部包封相邻，另一侧与大空间相邻，相比于内部包封具有更好的散热条件，温升较低，导致电抗器的金属导体利用率未能充分利用。目前工程设计中，常根据电抗器的包封壁面的有效散热面积来指导电抗器热负荷的优化分配，虽然在一定程度上能够提高金属导体利用率，但其准确性有待进一步的验证，限制了其实际应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法，该方法适用于在自然风冷工况下，根据电抗器的生热散热特点，借助多物理场耦合的仿真技术，通过电抗器包封热负荷优化分配，实现电抗器各包封温升基本相等，提高金属导体利用率。

本发明采取的技术方案为：

一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：获得电抗器的初始设计参数，根据电抗器的初始设计参数，计算电抗器的互感矩阵，结合流过电抗器的总电流，从而获得各包封线圈的电流。

步骤2：根据电抗器各包封线圈的电流，采用解析法计算包封线圈周围的磁场分布，进而获得包封中每匝线圈的损耗；在此基础上，通过叠加原理，计算电抗器各包封线圈的总损耗。

步骤3：基于电抗器的初始设计参数，通过仿真软件搭建电抗器的模型，将计算得到的各包封线圈的总损耗，作为电抗器的模型中的热源条件，通过流场-温度场耦合，获得电抗器的温度场仿真结果。

步骤4：根据电抗器的温度场仿真结果，提取不同路径下的温度、流场及包封壁面热流密度，结合等效为竖直管道的温升计算方法，形成最内、最外包封与内部包封间的热负荷分配系数；结合编程软件形成等高、不等热流的设计方法，获得电抗器的优化设计结果。

本发明一种提高电抗器各包封线圈生热散热能力的设计方法，技术效果如下：

1：借助MATLAB等编程软件获得电抗器的初始设计参数，其中，电抗器初始参数需保证内部各包封具有相同的生热、散热能力，实现电抗器内部包封具有相同的温升分布，提高内部包封的导体利用率。

2：通过MATLAB等软件编程形成电抗器的初始参数，其中，设计程序中需满足的等式约束条件包括电抗器各包封高度、气道宽度及包封壁面热流密度等参数基本相等；按照上述设计方法，可以实现电抗器内部各包封具有基本相同的生热散热能力。

3：本发明设计方法，借助于电抗器的流场-温度场耦合仿真技术，优化最内最外包封与内部包封的热负荷分配，实现电抗器各包封温升分布基本相同，提高金属导体利用率。

附图说明

图1为本发明的计算流程图。