CN102810381A - 一种空心电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空心电抗器，包括线圈，所述线圈包括多个包封，每一个所述包封包括多层并联的导线层，在所述线圈的内部设有用于测量所述线圈内部温度的光纤探头，所述光纤探头与设于所述线圈外部的温度控制器连接。该空心电抗器，借助设于线圈内部的光纤探头实时准确地监测空心电抗器的内部温度，从而可以避免空心电抗器因温度过高而造成烧毁事故，进而提高电抗器的运行寿命。

Description

一种空心电抗器

技术领域

本发明涉及一种空心电抗器。

背景技术

在电力系统中，空心电抗器因其电抗值线性度好、安装维护简便、造价低廉而逐步替代传统的油浸式、水泥电抗器。尤其是近几年，随着我国750kV以上电压等级的输电线路的大量建设，以及66kV以上高电压、大容量等级的空心电抗器的大量使用，使得空心电抗器得到长足发展。

然而由于设计、生产制造工艺水平以及监测试验手段的限制，造成空心电抗器事故频发，导致电抗器的寿命降低。影响电抗器的寿命的因素有环境因素、电气因素、设计裕度以及湿度等，但最主要的因素电抗器使用时的温度，如果电抗器的温度超出绝缘材料承受的最大温度限值时，电抗器很容易受到损坏。目前，空心电抗器的温度监测是依靠电站值班员进行巡检，检测的方法是采用红外线温度测温仪或红外线热成像仪对电抗器外表面的温度进行测量，如图1所示。这种巡检方式受时间的制约，随意性比较大，而且只能通过电抗器外表面的温度来判断电抗器内部的温度并推断电抗器内部的温升情况，更不能实时的监测电抗器的温度变化情况，因此不能及时发现隐患并将其消除，导致电抗器的寿命降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种空心电抗器，其能够实时地监测空心电抗器内部的温度，以防止空心电抗器温度过高，从而提高电抗器的使用寿命。

为此，本发明提供一种空心电抗器，包括线圈，所述线圈包括多个包封，每一个所述包封包括多层并联的导线层，在所述线圈的内部设有用于测量所述线圈内部温度的光纤探头，所述光纤探头与设于所述线圈外部的温度控制器连接。

优选地，所述光纤探头与所述导线层之间的距离为1～2mm。

优选地，所述光纤探头设置在最外层导线层与次外层导线层之间。

优选地，所述线圈内设有n个所述光纤探头，其中n≥2。

优选地，在所述外侧设有与所述光纤探头连接的TC接头，借助所述TC接头、与所述TC接头配合的TC耦合器以及外部光纤将所述光纤探头和所述温度控制器连接。

优选地，在所述外部光纤与所述TC耦合器连接的一端设有防爬电单元。

优选地，所述防爬电单元包括硅橡胶套管和热缩管，所述硅橡胶套管套接在外部光纤的外部，所述热缩管设置在所述外部光纤与所述硅橡胶套管之间。

优选地，所述温度控制器与所述电抗器的外侧的最短距离为3.5米。

优选地，所述温度控制器设置在封闭的保护箱内。

优选地，所述温度控制器内设有报警接点和跳闸接点。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的空心电抗器借助设于线圈内部的光纤探头能够实时准确地监测到空心电抗器的线圈的内部温度，根据监测到的线圈内部温度对空心电抗器采取相应的措施，可以降低空心电抗器的线圈的内部温度，从而避免空心电抗器因温度过高而造成烧毁事故，进而提高电抗器的运行寿命。

附图说明

图1为传统空心电抗器的测温示意图；

图2为本发明提供的空心电抗器的内部结构的示意图；

图3为本发明提供的空心电抗器的现场安装示意图；

图4为图3中A点的局部放大图；

图5为图4中沿B-B线的截面图；以及

图6为温度信号的传输路径图。

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的空心电抗器进行详细说明。

空心电抗器在长期工作时，传热过程十分复杂。线圈内部的传热为热传导，包封与包封之间以及绕组与外界之间的传热方式为对流、热传导以及辐射。其中，绕组与外界之间的传热以对流换热方式为主。

对于如此复杂的散热问题，在制造空心电抗器时常常采用经验公式进行计算。空心电抗器的平均温升近似计算经验公式为：

τ＝Kθ(q)β＝Kθ(p/s)β

τ-绕组的温升(K)；

K_θ-温升修正系数；

β-常数；

P-电抗器绕组总损耗(W)；

S-电抗器的等效散热面积(m²)。

空心电抗器的温升与其它自冷式电力产品的温升一样，由其运行时的损耗(损耗多以发热形式)以及散热面积所决定。当相邻包封之间温差较大时，则存在包封之间的热交换。热交换结果导致相对温度较高的包封向温度较低包封传递热量，从而使得传递热量的包封温度降低，而接受热量的包封温度升高。由于电抗器由多个包封并联而成，中间包封散热相对困难，随着包封高度的增加其散热减缓。因此，在完成以上计算后，需要对每个包封的温升进行修正，逐一计算各个包封的温升状况以确定包封内部的热点温度。

请参阅图2，为空心电抗器的内部结构简图。空心电抗器包括线圈，线圈包括三个包封1以及用于测量包封1内部温度的光纤探头(温度传感器)2。每个包封1由多层导线层5并联而成，相邻两个包封1之间设有撑条3，撑条3形成了包封1的散热气道。光纤探头2设置在最外层导线层与次外层导线层之间，并与最外层导线层与次外层导线层保持1～2mm的距离，这样既可以准确地测量到电抗器内部的温度，又可以避免光纤探头2和导线层5之间发生短路的危险。光纤探头2的数量可以根据线圈的大小以及实际的工作状况确定，光纤探头2的数量越多，越能准确地反应空心电抗器内部的温度，从而可以避免因空心电抗器内部温度过高而导致空心电抗器寿命降低。本实施例空心电抗器设置了三个光纤探头2。

在生产电抗器时，首先由空心电抗器计算软件结合温度场分析软件分析线圈在长期工作时的温升状况，计算出线圈内部容易发生热点的位置以及热点的数量，以确定光纤探头2的数量和位置，然后绕制线圈，而且在线圈的外侧设置TC接头4，以将光纤探头2连接至电抗器外部的控制室。在绕制线圈时，光纤探头2尽量与线圈的导线层5接触，即光纤探头2紧靠导线层5，避免在光纤探头2位置出现空腔，从而更准确地反映包封1内部的温度状况以及温升的变化情况。

在生产电抗器时，由于各种因素导致电抗器31的实际线圈尺寸往往与理论尺寸存在一定偏差，从而导致流经电抗器线圈的电流发生偏移，进而导致线圈内部形成环流。环流的产生将影响线圈损耗的变化，导致线圈内部存在一处或几处温度热点。因此，在计算线圈温升时需要将线圈的几何参数设定为变量，求解几种不同情况下的值，然后综合考虑这些不同的值来确定光纤探头2的数量及位置。通过上述计算方法，通常可以将线圈的温升的计算值与实测值偏差降低到±2％以内。

本实施例中，由于光纤探头2具有良好的防磁性能，能在强磁场中长期工作，因此可以精确地测量出线圈内部的温度。光纤探头2可以采用加拿大普罗迪技术股份有限公司生产的光纤探头。

请参阅图3，为空心电抗器现场安装结构简图。电抗器设置在距离地面1.5m高度，在电抗器31的外部设置温度控制器32，温度控制器32与电抗器31外侧的最短距离至少为3.5m，这样可以减少电抗器31对温度控制器32的磁场干扰，同时提高操作人员的安全性。温度控制器32借助RS-232或RS-485等通讯接口与变电站控制中心连接。温度控制器32设置在封闭的保护箱33内，保护箱33采用不锈钢材料制成，以防雨防磁。温度控制器32可以同时接受来自多个光纤探头2的信号，并对多个光纤探头2的信号进行检测。温度控制器32设有报警接点和跳闸接点，接点容量为DC220V，2.5A。当线圈内部的温度超过某一温度值时，变电站控制中心通过报警接点发出报警信号，并对电抗器采取相应的措施，如断开电抗器31。当线圈内部的温度超过某一极限温度值时，变电站控制中心通过跳闸接点自动地使电抗器31断开。

本实施例中，电抗器31的线圈内部设有三个光纤探头2，光纤探头2借助TC接头4、与TC接头4相配合的TC耦合器41以及外部光纤34与温度控制器32连接。外部光纤34固定在线圈汇流架35上，为了防止外部光纤34发生高电压爬电问题，需要在外部光纤34上且靠近电抗器31一端(即与TC耦合器41连接的一端)设置防爬电单元。

请参阅图4和图5，为防爬电单元的局部放大图以及A向剖视图。放爬电单元包括硅橡胶套管42和热缩管43，硅橡胶套管42套接在外部光纤34的外部，以增加外部光纤34对地的爬电距离。热缩管43设置在外部光纤34与硅橡胶套管42之间，以使爬电路径最大化，从而提高防爬电效果。

请参阅图6，为光纤探头测量到的温度信号的传输路径图。光纤探头2将监测到的温度信号经TC耦合器传输至温度控制器32，再由温度控制器32传输至变电站控制中心，变电站控制中心将由光纤探头2监测到的温度信号与预设的温度限制进行比较，并以此来决定电抗器的闭合与断开，从而保障电抗器的正常运行，降低电抗器的事故率，同时提高电抗器的使用寿命。

本实施例提供的空心电抗器借助设于线圈内部的光纤探头能够实时准确地监测到空心电抗器内部的温度，根据监测到的线圈内部温度对空心电抗器采取相应的措施，以降低空心电抗器的线圈内部的温度，从而避免空心电抗器因温度过高而造成烧毁事故，进而提高电抗器的运行寿命。本实施例提供的空心电抗器不仅适用于干式空心电抗器，而且适用于油浸式空心电抗器。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空心电抗器，包括线圈，所述线圈包括多个包封，每一个所述包封包括多层并联的导线层，其特征在于，在所述线圈的内部设有用于测量所述线圈内部温度的光纤探头，而且所述光纤探头与设于所述线圈外部的温度控制器连接。

2.根据权利要求1所述的空心电抗器，其特征在于，所述光纤探头与所述导线层之间的距离为1～2mm。

3.根据权利要求1所述的空心电抗器，其特征在于，所述光纤探头设置在最外层导线层与次外层导线层之间。

4.根据权利要求1所述的空心电抗器，其特征在于，所述线圈内设有n个所述光纤探头，其中n≥2。

5.根据权利要求1所述的空心电抗器，其特征在于，在所述外侧设有与所述光纤探头连接的TC接头，借助所述TC接头、与所述TC接头配合的TC耦合器以及外部光纤将所述光纤探头和所述温度控制器连接。

6.根据权利要求5所述的空心电抗器，其特征在于，在所述外部光纤与所述TC耦合器连接的一端设有防爬电单元。

7.根据权利要求6所述的空心电抗器，其特征在于，所述防爬电单元包括硅橡胶套管和热缩管，所述硅橡胶套管套接在外部光纤的外部，所述热缩管设置在所述外部光纤与所述硅橡胶套管之间。

8.根据权利要求1-7之一所述的空心电抗器，其特征在于，所述温度控制器与所述电抗器的外侧的最短距离为3.5米。

9.根据权利要求1-7之一所述的空心电抗器，其特征在于，所述温度控制器设置在封闭的保护箱内。

10.根据权利要求1-7之一所述的空心电抗器，其特征在于，所述温度控制器内设有报警接点和跳闸接点。

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