CN113744969A

CN113744969A - 一种具有增磁结构的中性点接地电抗器

Info

Publication number: CN113744969A
Application number: CN202111045077.7A
Authority: CN
Inventors: 禹云长; 禹东泽
Original assignee: Wujiang Transformer Co Ltd
Current assignee: Wujiang Transformer Co Ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN113744969B; WO2022213550A1

Abstract

本发明公开了一种具有增磁结构的中性点接地电抗器,其中，包括：油箱、设置在油箱内部无铁心柱的空心线圈以及矩形铁轭，四个铁轭边依次首尾相接，包括位于空心线圈顶部的上轭、位于线圈一侧的第一旁轭、位于空心线圈底部的下轭以及位于线圈另一侧的第二旁轭；第一旁轭、第二旁轭以及线圈中心轴三线平行且共面；线圈的中心轴穿过铁轭的中心点，线圈通电后产生的磁力线均穿过铁轭。用硅钢片制成的铁轭来代替现有技术中的铝屏蔽筒，由于硅钢片具有高导磁率，所以可以将线圈外的磁路闭合，使同一线圈的电抗更大，具有增磁作用。电阻损耗和涡流损耗小，所以线圈可以取更小的匝数，节约了铜线，成本幅度大幅降低。

Description

一种具有增磁结构的中性点接地电抗器

应用领域

本发明涉及电抗器制造领域，特别是一种具有增磁结构的中性点接地电抗器。

背景技术

目前的电抗器主要是铁心加线圈的结构，但是由于铁心式电抗器的电抗值比较大，所以当磁密较高时，铁心会饱和，从而导致铁心电抗器值变小，而影响电抗器的使用。而中性点接地电抗器有非常硬的激磁特性，一般来说，电流为额定电流的十倍时，其电抗仍然是线性的，且电抗值不会减小，所以中性点接地电抗器一般是不设置有铁心的，直接设置为不含有铁心的空心线圈。为了防止空心线圈通电后磁通会进入油箱钢板中，无论是铁心电抗器还是中性点接地电抗器，都有需要进行磁屏蔽以防止磁通进入箱壁引起箱壁过热。在铁心电抗器中，一般是将铁心与磁屏蔽件连接以此来进行磁屏蔽，比如中国专利CN110349730中公开了一种铁心电抗器的磁路结构。但是在中性点接地电抗器中，由于没有铁心，因此磁屏蔽方式只能做出调整，一般是通过屏蔽筒来进行磁屏蔽，屏蔽筒选材一般为铝，因为铝的导电性较好，所述屏蔽筒一般包括环绕在箱壁内表面的闭合筒体和在空心线圈的上下端分别设置的屏蔽板组成；利用屏蔽筒产生的强涡流反磁，使磁通不能进入油箱钢板中，从而保护油箱钢板不过热。

但是，在中性点接地电抗器中使用屏蔽筒仍然存在很多弊端，屏蔽筒是用感应涡流来反磁的，所以其损耗会很大，且对空心线圈产生互感是去磁的，总损耗增大。根据实验表明，采用屏蔽筒屏蔽时，总电感下降了约17％，也就是说，为了使空心线圈达到预计的工作状态，需要增加17％的空心线圈匝数使空心线圈自感增大。同时由于屏蔽筒与空心线圈之间的距离必须为磁通让开通道，一般来说，所述筒体的高度需要为空心线圈高度的1.2～1.5倍，其内径要比空心线圈外径多出约800mm；而设置在空心线圈的上下端的屏蔽板，其外限大于空心线圈外径，与空心线圈顶部距离约440mm；而屏蔽筒所用的铝材厚度需要12mm或16mm；可见屏蔽筒整体的体积庞大，产品体积以及制造成本也相应需要增大很多。

发明内容

本发明克服了现有技术中中性点接地电抗器制作总损耗高且成本高的不足，提供了一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其中，包括：油箱、设置在油箱内部无铁心柱的空心线圈以及矩形铁轭，所述铁轭包括四个铁轭边，四个所述铁轭边依次首尾相接，包括位于所述空心线圈顶部的上轭、位于所述线圈一侧的第一旁轭、位于所述空心线圈底部的下轭以及位于所述线圈另一侧的第二旁轭；所述第一旁轭、所述第二旁轭以及所述空心线圈中心轴三线平行且共面；所述空心线圈的中心轴穿过所述铁轭的中心点，所述空心线圈通电后产生的全部磁力线均穿过所述铁轭。

本发明一个较佳实施例中，所述铁轭由若干铁轭片叠片组成，所述铁轭片的材料为硅钢。

本发明一个较佳实施例中，至少一个铁轭边的竖直截面为拱弧形，所述铁轭边的弧面远离所述空心线圈。

本发明一个较佳实施例中，所述铁轭的四个铁轭边的厚度相等，所述铁轭边的厚度δ通过式1获得：

其中，B为磁通密度，r_内为空心线圈的内半径，p为空心线圈的辐向厚度；

其中，

为所述空心线圈产生的总磁通，所述总磁通

通过式2获得：

其中，w为空心线圈匝数，k为增磁系数，I为空心线圈电流；

其中，L为空心线圈通电后不含磁屏蔽时产生的电感，所述电感L通过式3获得：

其中，h为电抗高度,r_外为空心线圈的外半径。

本发明一个较佳实施例中，所述下轭的长度与所述上轭的长度相等，所述上轭的长度l_上通过式4获得：

其中，γ_旁为旁轭的额定绝缘距离；

所述第一旁轭的高度与所述第二旁轭的高度相等，所述第一旁轭的高度与所述第二旁轭的高度l_旁通过式5获得：

l_旁＝h+γ_上+γ_下式5；

其中，γ_上为上轭的额定绝缘距离，γ_下为下轭的额定绝缘距离。

本发明一个较佳实施例中，还包括夹紧固定所述铁轭的紧固架，所述紧固架为若干紧固板组成的立方体框架，所述铁轭放置于所述紧固架的内部，所述紧固架包括两个矩形框以及用于连接两个所述矩形框的若干连接板，一个所述矩形框沿所述上轭的周向设置，另一个所述矩形框沿所述下轭的周向设置，所述连接板固定连接于所述矩形框的四角以夹紧所述第一旁轭以及所述第二旁轭。

本发明一个较佳实施例中，所述紧固架的顶面或/和底面设置有若干加固板，所述加固板沿所述铁轭的叠片方向排列。

本发明一个较佳实施例中，所述铁轭与所述紧固架之间均为绝缘连接。

本发明一个较佳实施例中，所述紧固板的一端与其他所述紧固板电气连接，另一端与其他所述紧固板绝缘连接。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明中，由于铁轭穿过了所有的磁力线且本身铁轭为一个连续的闭合结构，所以可以达到磁屏蔽的效果，磁路不会进入油箱的箱壁从而导致油箱发热，也就是说与现有技术中的磁屏蔽原理存在根本的区别。

(2)本发明中，硅钢片加工的铁轭，电阻损耗和涡流损耗小，具有高导磁率，具有增磁作用，所以可以将空心线圈外的磁路闭合，使同一空心线圈的电抗更大，所以空心线圈可以取更小的匝数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本发明一实施例中所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器的主视图；

图2为本发明一实施例中所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器的左视图；

图3为本发明一实施例中所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器的俯视图；

图4本发明一实施例中所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器的紧固架结构示意图。

附图标记如下说明：10、油箱；101、箱壁；20、空心线圈；201、引线；30、铁轭；301、上轭；302、下轭；303、第一旁轭；304、第二旁轭；40、紧固架；401、矩形框；402、连接板；403、加固板。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

参照图1-3所示，本发明所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其中，包括：油箱10、设置在油箱10内部无铁心柱的空心线圈20以及矩形铁轭30，铁轭30包括四个铁轭边，四个铁轭边依次首尾相接，包括位于空心线圈20顶部的上轭301、位于空心线圈20一侧的第一旁轭303、位于空心线圈20底部的下轭302以及位于空心线圈20另一侧的第二旁轭304；如图3所示，第一旁轭303、第二旁轭304以及空心线圈20中心轴三线平行且共面；空心线圈20的中心轴穿过铁轭30的中心点，空心线圈20通电后产生的磁力线穿过铁轭30。

这里，由于铁轭30穿过了空心线圈20产生的所有磁力线且铁轭30本身为闭环结构，所以根据磁场屏蔽原理来说，铁轭30会将空心线圈20通电后产生的磁场屏蔽。油箱10的油箱壁101自然也就处在了磁场之外，也就不会造成发热等安全隐患。上轭301与下轭302之间通过旁轭连接，不需要通过空气来进行导磁，所以磁阻极小，能更大程度进行增磁。

参照图1所示，同时，铁轭30可以将电磁空心线圈20产生的磁力线封闭在内部，提高效率。并且，铁轭30为若干铁轭片紧密叠片组成，且由于铁轭30是由硅钢片制成的，硅钢片具有较高的导磁率，所以可以有更好的增磁效果。

而对于采用硅钢片制成的铁轭30来说，一是由于硅钢片本身的材料成本就比铝屏蔽组件低很多；二是由于铁轭30具有增磁效果，所以，可以节约空心线圈20的匝数，也就是在空心线圈20的工作效果不变的同时，还可以节约空心线圈20中铜材料的用量，节约了很多成本。

这里举例来说，比如本身空心线圈20需要达到某指定工作状态需要10匝空心线圈20，采用屏蔽筒时为了平衡损耗则需要12匝空心线圈20，而采用硅钢片制成的铁轭30来进行磁屏蔽与增磁，则只需要9匝甚至8匝空心线圈20。二者相比较而言，铜材料成本以及磁屏蔽材料成本都大大降低，并且体积和重量也大大减少。本发明所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器中，空心线圈20为空心线圈20，也就是说，空心线圈20的内部并不设置有铁心柱。且空心线圈20的两个引线201可以从铁轭30前后侧面引出。

结合图1-3所示，关于铁轭30的尺寸而言，铁轭30的四个铁轭边的厚度相等，第一，空心线圈20磁通绝大部分分布在等效螺线管(也就是空心线圈20)圆周内；第二，铁轭30叠厚约为等效螺线管直径时，经有限元分析，大约0.7倍总磁通能进入铁轭30。因此铁轭边的厚度δ通过式1计算获得：

其中，r_内为空心线圈20的内半径，p为空心线圈20的辐向厚度(也就是外半径减去内半径)，B为磁通密度，预设磁密B＝1.4T，

为空心线圈20产生的总磁通；

铁轭边的厚度只要在计算数值以上，即满足了磁屏蔽的需求，具体超出多少可以根据便于连接部件固定来确定。

总磁通

需要通过式2来获得：

其中，w为空心线圈20的匝数，k为增磁系数，这里k一般取0.06，I为空心线圈20的电流；L为空心线圈20通电后不含磁屏蔽时产生的电感，电感I通过式3获得：

其中，h为电抗高度。

下轭302的长度与上轭301的长度相等，上轭301的长度l_上为：

其中，γ_旁为旁轭的额定绝缘距离；

第一旁轭303的高度与第二旁轭304的高度相等，第一旁轭303的高度与第二旁轭304的高度l_旁为：

l_旁＝h+γ_上+γ_下式5；

其中，γ_上为上轭301的额定绝缘距离，γ_下为下轭302的额定绝缘距离。

具体来说，绝缘距离由电抗器电压等级决定，一般来说，电抗器的首端电压等级有110kV、66kV以及35kV，末端电压一般都是35kV，以最高的首端电压110kV为例，其绝缘距离为80mm，末端电压35kV对应的绝缘距离为60mm。与现有技术中的440mm相比，大大减少了器身体积，也就节约了大量成本。

铁轭30的横截面即导磁截面一般是矩形，也可以是至少一个铁轭边的竖直截面为拱弧形。这里以上轭301的截面为拱弧形为例，铁轭边的弧面为远离空心线圈20的一面，本实施例中拱弧型相对中心线呈镜像，也就是截面为拱弧型的铁轭边两边的厚度向中间递增。

这里具体来说，由于铁轭30本身采用的是高导磁率的硅钢片制成，且在铁轭边的中间增加了叠片的厚度，所以可以在一定程度上减小磁阻。而且，由于在铁轭边的中间通过的磁通最多，所以将铁轭边的中间加厚，可以平衡磁通，使铁轭30上各处通过的磁通相对平均，避免某一块铁轭30上的磁通量过大导致温度升高等问题。

如图4所示，本发明所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，为了克服铁轭30在电抗器运行产生噪音或振动时可能会安装不牢导致掉落的问题，还包括夹紧固定铁轭30的紧固架40，紧固架40为若干紧固板组成的立方体框架，铁轭30放置于紧固架40的内部，紧固架40包括两个矩形框401以及用于连接两个矩形框401的若干连接板402，一个矩形框401沿上轭的周向设置，另一个矩形框401沿下轭的周向设置，连接板402固定连接于矩形框401的四角以夹紧第一旁轭303以及第二旁轭304。紧固架40的顶面或/和底面设置有若干加固板403，加固板403沿铁轭30的叠片方向排列。

这里，紧固架40主要是为了增加铁轭30的抗震动能力。紧固架40可以在上轭301和下轭302的叠片方向以及厚度方向都紧密夹紧，且在第一旁轭303和第二旁轭304的厚度方向也紧密夹紧，增加了铁轭30工作的可靠性。

铁轭30与紧固架40之间均为绝缘连接。紧固板的一端与其他紧固板电气连接，另一端与其他紧固板绝缘连接。

具体来说，四个连接板402与顶部的矩形框均为绝缘连接，与底部的矩形框均为电气连接。矩形框的四边均是两端分别连接于其他紧固边，其中，一端为电气连接，另一端为绝缘连接。本发明所述的紧固架40中所有的金属件均为有且仅有一点接地，且无任何方位的短路环。

综上所述，本发明所述的一种具有增磁结构的中性点接地变压器具有成本少、损耗低、稳定性强以及可靠性好等优势。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于，包括：油箱、设置在油箱内部无铁心柱的空心线圈以及矩形铁轭，所述铁轭包括四个铁轭边，四个所述铁轭边依次首尾相接，包括位于所述空心线圈顶部的上轭、位于所述线圈一侧的第一旁轭、位于所述空心线圈底部的下轭以及位于所述线圈另一侧的第二旁轭；所述第一旁轭、所述第二旁轭以及所述空心线圈中心轴三线平行且共面；所述空心线圈的中心轴穿过所述铁轭的中心点，所述空心线圈通电后产生的磁力线均穿过所述铁轭。

2.根据权利要求1所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述铁轭由若干铁轭片叠片组成，所述铁轭片的材料为硅钢。

3.根据权利要求2所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述铁轭的四个铁轭边的厚度相等，所述铁轭边的厚度δ通过式1获得：

其中，

为所述空心线圈产生的总磁通，所述总磁通

通过式2获得：

其中，w为空心线圈匝数，k为增磁系数，I为空心线圈电流；

其中，h为电抗高度,r_外为空心线圈的外半径。

4.根据权利要求3所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述下轭的长度与所述上轭的长度相等，所述上轭的长度l_上通过式4获得：

其中，γ_旁为旁轭的额定绝缘距离；

l_旁＝h+γ_上+γ_下式5；

5.根据权利要求1所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：还包括夹紧固定所述铁轭的紧固架，所述紧固架为若干紧固板组成的立方体框架，所述铁轭放置于所述紧固架的内部，所述紧固架包括两个矩形框以及用于连接两个所述矩形框的若干连接板，一个所述矩形框沿所述上轭的周向设置，另一个所述矩形框沿所述下轭的周向设置，所述连接板固定连接于所述矩形框的四角以夹紧所述第一旁轭以及所述第二旁轭。

6.根据权利要求5所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述紧固架的顶面或/和底面设置有若干加固板，所述加固板沿所述铁轭的叠片方向排列。

7.根据权利要求5所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述铁轭与所述紧固架之间均为绝缘连接。

8.根据权利要求5所述的一种具有增磁结构的中性点接地电抗器，其特征在于：所述紧固板的一端与其他紧固板电气连接，另一端与其他所述紧固板绝缘连接。