[发明专利]一种无环流空心电抗器的设计方法和无环流空心电抗器

说明书

本发明公开了一种无环流空心电抗器的设计方法和无环流空心电抗器，属于电抗器设计技术领域，包括星架臂、包封和电抗器线圈，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；星架臂数量、单层结构中各包封缠绕的幅向铝扁线数和各包封缠绕的轴向铝扁线层数采用计算等温升电感来设计。实现了包封中无环流，消除了由环流引起的电抗器局部过热问题。

技术领域

本发明属于电抗器设计技术领域，特别是涉及到一种无环流空心电抗器的设计方法和无环流空心电抗器。

背景技术

干式电抗器广泛应用于35kV-500kV变电站，在过电压抑制、滤波、无功补偿等环节发挥重要作用。其中高压干式空心电抗器技术引入国内已经三十余年，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。

现有的干式空心电抗器技术无法有效解决包封开裂、分数匝后产生环流引起局部过热、多线规复杂绕组等长期运行和工艺生产等方面关键技术问题，严重制约户外干式空心电抗器技术的发展和完善。

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。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种无环流空心电抗器的设计方法和无环流空心电抗器，用于解决现有技术不能消除电抗器包封环流、引起局部发热这一的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无环流空心电抗器的设计方法，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；

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；