CN101443861B - 电抗器屏蔽 - Google Patents

Abstract

一种电抗器屏蔽(20)，其包括布置在电抗器(10)周围的导电线的多个闭合回路(22)。

Description

电抗器屏蔽

技术领域

本发明涉及一种用于高压电抗器、例如用于随高压直流(HVDC)系统一起使用的电抗器的电抗器屏蔽。

背景技术

在许多电力应用中(例如在高压直流系统中)，DC(直流)电抗器与转换器相串联，以通过限制在AC(交流)或DC系统中的瞬态干扰处的DC线路电流的增大速率来减少在所述转换器的DC或AC侧的谐波电流或者减少通信故障的风险。所述转换器电抗器被屏蔽所环绕，以避免对在其中设置有所述电抗器的建筑物的墙壁的感应加热和降低这三个部分(three phases)之间的磁耦合。所述屏蔽还可以有助于RI防护。

已经使用了不同类型的屏蔽设计。一个示例是固体铝板。但是，该解决方案具有由于声发射导致的风险的缺点。另一缺点是由于当所述板被接合以环绕所述电抗器时的焊接操作而导致的、困难的现场构建。

某些现有技术的解决方案包括对所述屏蔽的水冷却。但是，这导致了昂贵和复杂的布置。

发明内容

本发明的目的是提供一种电抗器屏蔽，其易于在现场进行装配并且在配置方面是灵活的。

本发明基于如下的实现：可以用在电抗器周围形成大量闭合回路以形成屏蔽的导电线来替代现有技术的板。

根据本发明，提供了一种高压直流系统中的电抗器屏蔽，所述电抗器屏蔽包括被布置用于设置在电抗器周围的导电材料，其特征在于，所述导电材料包括导电线的多个闭合环形回路，所述导电线的闭合环形回路被设置在相互平行的水平面中，所述闭合环形回路的分布关于对称平面z＝0而形成镜像，所述闭合环形回路的分布在所述对称平面z＝0附近更为密集。

所附的权利要求限定了进一步的优选实施例。

因此，提供了一种电抗器屏蔽，其易于在现场进行装配并且在配置方面是灵活的。

附图说明

现在将参照附图以示例方式来描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的电抗器和电抗器屏蔽的示意性概览图；

图2示出了说明本发明的构思的理论模型；

图3是根据本发明的电抗器屏蔽的框架的透视概览图；

图4是根据本发明的电抗器屏蔽的侧视图；

图5是图4所示的电抗器屏蔽的俯视图；

图6是根据本发明的电抗器中包括的电线回路的俯视图；

图7是示出了根据本发明的电抗器中包括的电线回路的分布的侧视图；

图8是在所述电抗器屏蔽中设有开口的、与图1所示的图示相类似的图示；以及

图9是图6所示的开口的详细图示。

具体实施方式

在下文中，将给出对本发明的优选实施例的详细描述。

在图1中示出了设于电抗器屏蔽20内侧的电抗器10的示意性概览图。电抗器10可以是任何类型的电抗器，例如设于上述的高压直流系统中的发射电磁辐射的电抗器。所述电抗器屏蔽包括多个设于相互平行的水平面中的、导电线的闭合环形回路22。所述电线回路和所述电抗器被设置成关于竖轴z而同轴，由此提供了所述电抗器与由所述回路形成的电抗器屏蔽之间的均匀的距离。

优选地，所述电线是由铜或铝构成的多股绞合线。由于每个长度单位的面积相对大，从而减少了可能出现的趋肤效应，因此利用多股线的设计是有利的。多股绞合线被期望用于使电流重新分布。此外，所述回路可以是从标准材料预制的，并且只需在现场进行安装。由于在例如期望向更大的电抗器电流升级的情况下电线可以被容易地添加、重新分布、或被更粗的电线所替代，因此这些回路也是灵活的。此外，不期望与声发射有关的问题。

可选地，厚度为3毫米的导电铝板40被设于所述闭合回路的内侧且位于电抗器10与地面之间的某一位置处，以防止电磁辐射穿透地面，由此在地面中的导电加固装置中产生了热量。

为了获得对防护机构和各种参数的影响的一些实际理解，在图2中示出了电抗器10和电抗器屏蔽20的简单模型。与电抗器10相对应的、具有自感L₁和电阻R₁的内侧回路与具有电流i₁和角频率ω的恒流电源相连接，从而导致了电压v₁。在与屏蔽20的闭合电线回路22之一相对应的、具有自感L₂和电阻R₂的外侧短路回路中将感生电流i₂，其中所述电流i₂由于互感M而抵消了来自内侧回路的磁场。

下面的等式是适用的：

$v_1=R_2{i}_1+\frac{d{\mathrm{\φ}}_1}{\mathrm{dt}}+\frac{d{\mathrm{\φ}}_{21}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

$0=v_2=R_2{i}_2+\frac{d{\mathrm{\φ}}_2}{\mathrm{dt}}+\frac{d{\mathrm{\φ}}_{12}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

其中，部分磁通量φ₁＝L₁i₁，且φ₂₁＝M₂₁i₂，等等。由于互感M₂₁＝M₁₂，因此可以用M代替。

如果R₂＝0，则显然穿过外侧回路的总磁通量不会随时间变化；如果所述总磁通量开始是零，则其必须保持为零。这意味着在外侧回路之外的总返回磁通量也必须是零。然而，这并不意味着局部的磁场在各处均为零。

切换到复数表示法并且假设i₁＝I₁e^jωt，则(1)和(2)给出了：

V₁＝R₁I₁+jωL₁I₁+jωMI₂  (3)

0＝R₂I₂+jωL₂I₂+jωMI₁    (4)

等式(4)给出了：

$I_2=-\frac{\mathrm{j\ω}{\mathrm{MI}}_1}{R_2+\mathrm{j\ω}{L}_2}---\left(5\right)$

(

如果可以忽略R₂的话)

随后(3)给出了：

$V_1=R_1{I}_1+\mathrm{j\ω}{L}_1{I}_1+\mathrm{j\ωM}(-\frac{\mathrm{j\ω}{\mathrm{MI}}_1}{R_2+\mathrm{j\ω}{L}_2})---\left(6\right)$

如果可以忽略R₂，则(6)给出了从电流源i₁看到的这两个回路的有效电感的简单表示：

$L_{\mathrm{eff}}=L_1-\frac{M^2}{L_2}---\left(7\right)$

外侧回路中的功耗可以被表示为：

$P=R_2{I}_2{I}_2^{*}=\frac{R_2}{R_2^2+{\mathrm{\ω}}^2{L}_2^2}{\mathrm{\ω}}^2{M}^2{I}_1^2---\left(8\right)$

其中，ωMI₁是由内侧回路中的恒定电流所感生的、外侧回路中的电动势。所述功耗显然在R₂＝ωL₂时具有最大值。等式(8)可以用于研究在参数(包括几何结构)被改变时所述功耗如何变化，但是首先必须获知所述电阻值、所述自感和所述互感对于所述几何结构的相关性。

所述电阻值是简单的，但是所述趋肤效应可能是复杂的情况。如上文已经说明的，利用多股线来减少趋肤效应。

对于环形回路而言，所述自感是相当简单的：

$L_2={\mathrm{\μ}}_0{r}_2(\frac{\mathrm{\μ}}{4}+\ln \frac{8r_2}{r_{w2}}-2)---\left(9\right)$

其中r₂是回路半径，r_w2是电线半径，μ是针对外侧回路的相对磁导率(对于铝而言μ＝1)。这里，如果不能忽略内部电感(即，括号中的第一项)，则所述趋肤效应也可能是复杂的情况。

由于所述分析式包含椭圆积分，因此两个环形回路之间的互感是更为复杂的。更实用的方式是使用来自手册文献的表格和简单表达式。简化地，对于同一平面中的两个同心回路，适用以下等式：

(M的单位是μH，r₁和r₂的单位是cm)(10)

其中F是r1和r2的函数。

通过屏蔽半径的适度增大，可以显著地减小所述电流和由此减少热耗散。这是由于与更大的自感和电阻相结合的减小的互感所导致的(等式5)。

所述回路的导电性可能由于若干原因、例如电线材料和温度而变化。

参照图3，借助于由八个等距的、具有适当的尺寸和材料(例如铝)的垂直杆32构成的框架30而以固定的相互关系保持电线回路22。横杆34被设置在垂直杆32之间，并借助于例如不锈钢螺栓而附连到垂直杆32，以提供所述电线回路可附连到其上的、稳定的框架。

图4示出了包括框架30和附连到该框架的多个电线回路22的电抗器屏蔽20的侧视图。这里可以看出，所述电线回路在垂直方向上是不均匀地分布的，其朝向沿电抗器屏蔽向上的中间部分处的垂直镜像线具有较高的分布密度。该电线分布密度与磁场的密度相关。其目的是为了在防护中实现适当分布的损耗，由此优化材料的使用。

图5示出了图4所示的电抗器屏蔽20的俯视图。这里可以看出，电线回路22被附连到垂直杆32的内侧。这优选地借助于不锈钢T形螺栓来实现。

在图6中详细示出了电线回路22。借助于连接套管22a将长度由期望的半径给出的电线在其两端处接合在一起。附连所述连接套管的操作可以在现场执行。这具有需要更少的用于电线的运输空间的优点。替代性地，电线回路22可以被运送至为安装做好准备的场所，但这需要更多的运输空间。

现在将参照图7来描述优选的电线回路分布，在图7中示出了圆柱形的几何结构，并且在左侧示出了垂直的z轴。z＝0是绕组的分布关于其而形成镜像的对称平面。在该图示中，具有约为1.5米的半径r1的电抗器10被示出为矩形。电抗器屏蔽20被示出为具有3.0米的半径r2。在对称平面z＝0附近的更为密集的分布是由于在该点处来自电抗器的更大的磁场而导致的。

在该优选实施例中，所述电抗器屏蔽包括80个多股铝线的短路回路，在图7中可以看到其中的一半。电抗器屏蔽半径r₂是3米，并且该屏蔽的高度是7米。导线直径约为30毫米。在下面的表1中给出了所述电线回路的轴向分布。

N＝从中平面(z＝0)距离前一回路的距离

开始的回路编号[mm]

该设计是经济的和灵活的，并且在必要时可以容易地升级到更大的电抗器电流。如图8和9所示，借助于保持所述电线分开的支撑物可以容易地在屏蔽20中形成用于套管的开口24。优选地，除了必要的接地之外，在所述开口附近的所述电线和所述支撑物相互绝缘，除非测量已经确认不需要绝缘。

替代性地，在所述开口附近的电线具有增加的材料面积，以应对在所述开口附近感生的更大的电流。

已经模拟了足够用于所述套管的、具有恒定高度且环绕所述屏蔽而延伸的开口。在这种情况下，在最接近于所述开口的每根电线中，所述电线中的功耗(W/m³)已经从约500W增加至1500W，即电流增大了70％，但是只有它的一小部分才会影响所述套管。此外，在相邻的电线中的功耗已经降低，从而对所述屏蔽提供了仅仅1.5kW的总增量。即使是该不经济的设计也可以容易地被处理，并且在实际设计中，所述电线将只在所述八个垂直支撑物中的两个垂直支撑物之间形成开口，从而提供了小得多的功耗增量。

已经描述了根据本发明的电抗器屏蔽的优选实施例。本领域的技术人员应当认识到，可以在所附的权利要求的范围之内对该优选实施例进行改变。

本发明的屏蔽已被描述为用于电抗器的屏蔽。在本上下文中，术语电抗器应当被广义地解释，其涵盖了任何电感器或类似的发射电磁辐射的设备。

Claims (5)

1.一种高压直流系统中的电抗器屏蔽，包括被布置用于设置在电抗器周围的导电材料，其特征在于：

所述导电材料包括导电线的多个闭合环形回路(22)，所述导电线的闭合环形回路(22)被设置在相互平行的水平面中，所述闭合环形回路的分布关于对称平面z＝0而形成镜像，所述闭合环形回路的分布在所述对称平面z＝0附近更为密集。

2.根据权利要求1所述的电抗器屏蔽，其包括通过保持导电线分开的支撑物而提供的、在所述屏蔽中的开口(24)。

3.根据权利要求2所述的电抗器屏蔽，其中在所述开口附近的导电线具有增加的材料面积。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电抗器屏蔽，还包括在所述闭合环形回路内侧的导电板(40)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的电抗器屏蔽，其中所述导电线包括多股绞合线。

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