CN112380751A - 一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法 - Google Patents

一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，包括构建干式空心电抗器磁场‑电路耦合仿真模型，确定隔音装置与遮雨帽装置的结构型式并筛选出结构参数，分别建立电抗器两种工况下的应力场‑声场仿真模型和流场‑温度场耦合仿真模型，获得遮雨帽各结构参数对电抗器温升的贡献率和隔音装置各结构参数对电抗器声场的贡献率，最后结合实际电抗器的绝缘和安装要求，获得隔音装置与遮雨帽中各项结构参数的建议取值范围；本发明提出了一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，获得了隔音装置与遮雨帽各结构参数的建议取值范围，在降低电抗器周围声级水平的基础上，能够显著降低包封线圈的温升，提高了电抗器在电网系统中的安全性和稳定性。

Description

一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法
技术领域
本发明属于电抗器技术领域，具体涉及一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法。
背景技术
近年来，国内不少的电网功率因数偏低，电网波动过大，在大型枢纽变电所中往往需要安装无功补偿装置来稳定系统电压。干式空心电抗器由于其适应性好、可靠性高和运行方便等优点被广泛的用于作为无功补偿装置。在电抗器运行的过程中，大型枢纽变电所电力系统电压等级通常较高，系统化容量较大会导致电抗器噪声问题越来越显著。
目前解决电抗器噪音较大的方法通常是给电抗器加装隔音装置来降低噪音；同时，为了减少外界因素对电抗器的影响，特别是雨水，通常还会在电抗器的顶端加装遮雨帽。然而加装隔音装置与遮雨帽后，往往会造成电抗器包封线圈的散热能力显著降低，部分包封线圈温升可能超过限定值，直接影响材料的绝缘和机械性能，因此，为实现电抗器的安全稳定运行，提出隔音装置与遮雨帽结构参数的建议取值范围显得至关重要。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，通过电磁场-应力场-声场和电磁场-流场-温度场耦合仿真模型，分析隔音装置与遮雨帽结构参数对电抗器噪音和温升分布的影响规律，再结合参数扫描法分析隔音装置与遮雨帽各结构参数对电抗器声级和温升的贡献率，最终给出隔音装置与遮雨帽各结构参数的建议取值范围。
本发明的技术方案是电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，包括以下步骤，
步骤1：构建干式空心电抗器磁场-电路耦合仿真模型，获得干式空心电抗器各包封线圈周围磁场分布以及线圈损耗；
步骤2：根据实际电抗器隔音装置的隔音效果，确定隔音装置的结构型式，筛选出对电抗器声场分布产生影响的隔音装置结构参数；
步骤3：分别建立未加隔音装置、加隔音装置的电抗器应力场¬声场耦合仿真模型；
步骤3.1：建立未加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上；
步骤3.2：建立加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上；
步骤3.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加隔音装置、未加隔音装置两种工况下电抗器包封线圈周围声场仿真结果；
步骤4：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤3建立的电抗器应力场-声场仿真模型得到不同参数下隔音装置的电抗器声场仿真结果，获得隔音装置各结构参数对电抗器声场的贡献率；
步骤5：根据实际电抗器顶端遮雨帽的遮雨效果，确定遮雨帽的结构型式，筛选出对电抗器温升分布产生影响的遮雨帽结构参数；
步骤6；分别建立加装遮雨帽、未加遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型；
步骤6.1：建立未加遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈损耗作为激励条件施加在模型上；
步骤6.2：建立加装遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈损耗作为激励条件施加在模型上；
步骤6.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加装遮雨帽置、未加遮雨帽两种工况下电抗器温度场仿真结果；
步骤7：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤6建立的电抗器流场-温度场仿真模型得到不同参数下的遮雨帽电抗器温度场仿真结果，获得遮雨帽各结构参数对电抗器温升的贡献率；
步骤8：综合考虑隔音装置与遮雨帽对电抗器包封线圈周围声级和温升的影响，得到各结构参数对电抗器声场和温升的灵敏度分析结果；
步骤9：结合实际电抗器的绝缘和安装要求，获得隔音装置与遮雨帽中各项结构参数的建议取值范围。
步骤2中，所述影响电抗器声场分布的隔音装置结构参数，包括隔音装置上端倾斜角、隔音装置上端中心孔半径、隔音装置与电抗器包封线圈顶端距离、隔音装置与电抗器包封线圈右端距离、隔音装置与电抗器包封线圈底端距离、隔音装置底端中心孔半径。
步骤5中，所述影响电抗器温升分布的遮雨帽结构参数，包括遮雨帽的倾斜角 、遮雨帽直径与遮雨帽与包封线圈顶端的距离。
步骤9中，所述隔音装置与遮雨帽中各项结构参数的建议取值范围如下：
隔音装置的各结构参数取值范围：α1=15°~25°，X1=（R1+R2）/2，X2=0.2~0.3m，X3=0.3~0.4m，X4=0.2~0.3m，X5= R1+0.1m；
其中α1为隔音装置上端倾斜角，X1为隔音装置上端中心孔半径，X2隔音装置与电抗器包封线圈顶端距离，R1为电抗器包封线圈内半径，R2为电抗器包封线圈外半径，X3为隔音装置与电抗器包封线圈右端距离，X4为隔音装置与电抗器包封线圈底端距离，X5为隔音装置底端中心孔半径，R1为电抗器包封线圈内半径，R2为电抗器包封线圈外半径。
遮雨帽的各结构参数取值范围：α2=15°~25°，一般情况下α1=α2，R3=R2+0.2m，H1=0.2+0.3m；
其中α2为遮雨帽的倾斜角，R3为遮雨帽直径，H1为遮雨帽与包封线圈顶端的距离。
相比现有技术，本发明的有益效果：
1、获得了隔音装置各结构参数对电抗器包封线圈周围声级水平的影响规律，获得了遮雨帽各结构参数对电抗器包封线圈温升的影响规律；
2、提出了一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，获得了隔音装置与遮雨帽各结构参数的建议取值范围，在降低电抗器周围声级水平的同时也显著降低包封线圈的温升，提高了电抗器在电网系统中的安全性和稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法的流程图；
图2为加隔音装置下的空心电抗器三维模型；
图3为加隔音装置下的空心电抗器正视图；
图4为加装遮雨帽下的空心电抗器三维模型；
图5为加装遮雨帽下的空心电抗器正视图；
图6为加隔音装置与遮雨帽下的空心电抗器三维模型；
图7为加隔音装置与遮雨帽工况下的空心电抗器正视图。
图中：包封线圈1，气道2，隔音装置3，遮雨帽4，电抗器包封线圈内半径R1，电抗器包封线圈外半径R2，隔音装置上端倾斜角α1，隔音装置上端中心孔半径X1，隔音装置与电抗器包封线圈顶端距离X2，隔音装置与电抗器包封线圈右端距离X3，隔音装置与电抗器包封线圈底端距离X4，隔音装置底端中心孔半径X5，遮雨帽的倾斜角α2，遮雨帽直径R3，遮雨帽与包封线圈顶端的距离H1。
具体实施方式
如图1至图7所示，实例中采用单体遮雨帽和外套式隔音装置，电抗器采用干式空心电抗器，电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，包括以下步骤。
步骤1：根据电抗器的初始设计参数，基于有限元仿真软件建立电抗器磁场-电路耦合仿真模型，获得各包封线圈电流和线圈周围磁场分布；线圈总损耗由电阻损耗和涡流损耗两部分构成，结合电抗器包封线圈电气和结构参数，得到电抗器各包封线圈的电阻损耗和涡流损耗，进而获得各包封线圈总损耗。根据包封线圈电流，采用虚位移法得到包封线圈沿轴向和径向方向的电磁力。
步骤2：根据实际电抗器隔音装置的隔音效果，确定电抗器隔音装置的结构型式；其中隔音装置的结构型式需要考虑电抗器的隔音和实际安装效果；在此基础上，从定性的角度筛选出对电抗器声场分布产生影响的隔音装置结构参数，其中影响电抗器声场分布的隔音装置结构参数为：隔音装置上端倾斜角α1、隔音装置上端中心孔半径X、隔音装置与电抗器包封线圈顶端距离X2、隔音装置与电抗器包封线圈右端距离X3、隔音装置与电抗器包封线圈底端距离X4和隔音装置底端中心孔半径X5。
步骤3：分别建立未加隔音装置、加隔音装置的电抗器应力场¬¬声场耦合仿真模型。
步骤3.1：建立未加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上，获得包封线圈的振动位移和加速度，进而获得包封线圈周围声场分布。
步骤3.2：建立加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上，获得包封线圈的振动位移和加速度，进而获得包封线圈周围声场分布。
步骤3.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加装、未加隔音装置两种工况下电抗器包封线圈周围声场仿真结果，对比分析加装、未加隔音装置两种工况下对电抗器声场的影响规律。
步骤4：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤3建立的电抗器应力场-声场仿真模型得到不同参数下隔音装置的电抗器声场仿真结果，获得隔音装置各结构参数对电抗器声场的影响规律和对电抗器声场的贡献率。
步骤5：根据实际电抗器顶端遮雨帽的遮雨效果，确定遮雨帽的结构型式；在此基础上，从定性的角度筛选出可能对电抗器温升分布产生影响的遮雨帽结构参数；其中影响电抗器温升分布的遮雨帽结构参数为：遮雨帽的倾斜角α2，遮雨帽直径R3，遮雨帽与包封线圈顶端的距离H1。
步骤6：分别建立加装遮雨帽、未加遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型。
步骤6.1：建立未加遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的各包封线圈损耗作为激励条件施加在包封线圈模型上，获得包封线圈周围温度场、流场及压力分布。
步骤6.2：建立加装遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的各包封线圈损耗作为激励条件施加在包封线圈模型上，获得包封线圈周围温度场、流场及压力差分布。
步骤6.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加装遮雨帽、未加遮雨帽两种工况下电抗器温度场仿真结果，对比分析加装、未加遮雨帽的两种工况下电抗器温升的影响规律。
步骤7：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤6建立的电抗器流场-温度场仿真模型得到不同参数下的遮雨帽的电抗器温度场仿真结果，获得遮雨帽各结构参数对电抗器温升的贡献率。
步骤8：综合考虑隔音装置与遮雨帽对电抗器包封线圈周围声级和温升的影响，得到各结构参数对电抗器声场和温升的灵敏度分析结果，结合实际电抗器的加工和安装要求，获得隔音装置与遮雨帽的建议取值范围；
隔音装置的各结构参数取值范围是：α1=15°~25°，X1=（R1+R2）/2，X2=0.2~0.3m，X3=0.3~0.4m，X4=0.2~0.3m，X5= R1+0.1m；
遮雨帽的各结构参数取值范围是：α2=15°~25且一般情况下α1=α2，R3=R2+0.2m，H1=0.2+0.3m；
式中的R1为电抗器包封线圈内半径，R2为电抗器包封线圈外半径。
上面结合附图对本发明的实施进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：构建干式空心电抗器磁场-电路耦合仿真模型，获得干式空心电抗器各包封线圈周围磁场分布以及线圈损耗；
步骤2：根据实际电抗器隔音装置的隔音效果，确定隔音装置的结构型式，筛选出对电抗器声场分布产生影响的隔音装置结构参数；
步骤3：分别建立未加隔音装置、加隔音装置的电抗器应力场-声场耦合仿真模型；
步骤3.1：建立未加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上；
步骤3.2：建立加隔音装置的电抗器应力场-声场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈电磁力作为激励条件施加在模型上；
步骤3.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加隔音装置、未加隔音装置两种工况下电抗器包封线圈周围声场仿真结果；
步骤4：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤3建立的电抗器应力场-声场仿真模型得到不同参数下隔音装置的电抗器声场仿真结果，获得隔音装置各结构参数对电抗器声场的贡献率；
步骤5：根据实际电抗器顶端遮雨帽的遮雨效果，确定遮雨帽的结构型式，筛选出对电抗器温升分布产生影响的遮雨帽结构参数；
步骤6；分别建立加装遮雨帽、未加遮雨帽的电抗器流场-温度场耦合仿真模型；
步骤6.1：建立未加遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈损耗作为激励条件施加在模型上；
步骤6.2：建立加装遮雨帽的电抗器流场-温度场仿真模型，将步骤1计算得到的包封线圈损耗作为激励条件施加在模型上；
步骤6.3：对模型进行网格剖分及边界条件设置，得到加装遮雨帽、未加遮雨帽两种工况下电抗器温度场仿真结果；
步骤7：将参数扫描法与有限元法相结合，根据步骤6建立的电抗器流场-温度场仿真模型得到不同参数下的遮雨帽电抗器温度场仿真结果，获得遮雨帽各结构参数对电抗器温升的贡献率；
步骤8：综合考虑隔音装置与遮雨帽对电抗器包封线圈周围声级和温升的影响，得到各结构参数对电抗器声场和温升的灵敏度分析结果；
步骤9：结合实际电抗器的绝缘和安装要求，获得隔音装置与遮雨帽中各项结构参数的建议取值范围。
2.根据权利要求1所述的电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，其特征在于：步骤2中，所述影响电抗器声场分布的隔音装置结构参数，包括隔音装置上端倾斜角α1、隔音装置上端中心孔半径X1，隔音装置与电抗器包封线圈顶端距离X2，隔音装置与电抗器包封线圈右端距离X3，隔音装置与电抗器包封线圈底端距离X4，隔音装置底端中心孔半径X5。
3.根据权利要求1所述的电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，其特征在于：步骤5中，所述影响电抗器温升分布的遮雨帽结构参数，包括遮雨帽的倾斜角α2、遮雨帽直径R3、遮雨帽与包封线圈顶端的距离H1。
4.根据权利要求1所述的电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法，其特征在于：步骤9中，所述隔音装置与遮雨帽中各项结构参数的建议取值范围如下：
隔音装置的各结构参数取值范围：α1=15°~25°，X1=（R1+R2）/2，X2=0.2~0.3m，X3=0.3~0.4m，X4=0.2~0.3m，X5= R1+0.1m；
遮雨帽的各结构参数取值范围：α2=15°~25°且一般情况下α1=α2，R3=R2+0.2m，H1=0.2+0.3m；
其中R1为电抗器包封线圈内半径，R2为电抗器包封线圈外半径。
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