CN114496536B - 大型干式空心tcr电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电抗器技术领域，特别是一种大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法。根据TCR电抗器常见的布置方式为两节叠装及两节平装，其漏磁通治理消除方法有:分相式漏磁去磁治理方法、三相组的整体治理方法和平装布置TCR电抗器漏磁通治理方法。
Description
技术领域
本发明涉及电抗器技术领域，特别是一种大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法。
背景技术
干式空心电抗器具有噪声低，免维护，不存在磁饱和现象，电抗器线性度好等优点，在电网应用中越来越广泛。
但由于干式电抗器采用空心结构，磁场发散，漏磁严重，特别是大容量限流电抗器，并联电抗器，TCR相控电抗器，在正常运行中线圈通流后会在大周围的空气中产生较强磁场，附近的金属导体(尤其是围栏，电缆屏蔽层)将产生感应电流而发热，产生感应电势而造成信号干扰或局部放电，其影响范围与电抗器尺寸、匝数、电流大小及性质(例如电流谐波含量及频次)有关。通常情况下，电抗器厂家都会提出电抗器的防磁范围，要求在防磁范围内不应布置闭环金属导体结构。
TCR电抗器整体的漏磁特性及分布与普通的空心电抗器一致，但具有以下特殊性：
(1)TCR电抗器容量一般远大于空心并联电抗器
例如常用的35kV及66kV电压等级的TCR电抗器容量在120～240Mvar，是常见的三相组60Mvar并联电抗器容量值的2～4倍。
(2)TCR电抗器一般采用三相组角接方式，在不同触发角下电抗器电流(角内电流)呈现不同的谐波频谱特性，其中特征谐波为3次、5次、7次、9次、11次，13次及15次，并以3次为最大。
因此，TCR电抗器的漏磁通中不仅有基波成份，同时，还有大量3(9、15)、5、7、11、13次谐波磁通存在。根据电磁感应定律，对于周围开环金属导体而言，其感应电势不仅与匝数电流大小相关，还与频率成正比例关系。
此外，电力行标DL/T 799.7-2010要求50Hz工频环境下，磁感应强度限值为500μT，参照国标GB 8702-2014评估办法，对于复合频率范围环境下的磁场强度限值为：
式中，B50为工频下的限值要求，Bn为特定频次下的限值要求，n为频次如，当B50＝500μT时，则B3＝166.7μT。
即标准对于漏磁治理提出的指标要求：频率越高，允许的磁场B值越小。因此，在提出针对TCR电抗器漏磁污染治理方案时，除了考虑抑制基波磁场值，更要考对于特征虑谐波漏磁污染的治理(尤其是含量特别高的3次谐波)，其治理方法不同于基波漏磁治理方法。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法。
具体技术方案如下；
一种大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法，根据CR电抗器常见的布置方式为两节叠装及两节平装，其漏磁通治理消除方法有：
分相式漏磁去磁治理方法
分相式大尺度空间的合成磁通治理示意及计算如下：按照IEEE相关标准要求，电抗器下端部对地高度必须满足MC1(0.5D，D为电抗器外径)距离要求，电抗器的磁密B值超过MC1后已大大衰减，即大部分主磁通并不穿过附近的闭合金属网，通过计算空间漏磁通大小，治理评价指标要求，在每相电抗器轴向方向的合适位置设置人工短路环：三相组的漏磁通去磁、消磁人工短路环按照实际需要接成单相形式，对所有频率的漏磁进行消除，或三相接成Δ接线，专门对3、9、15次的零序性质特征谐波磁通进行消除。
优选地，还包括三相组的整体治理方法
三相组大尺度空间的合成磁通治理示意及计算如下：
φA、φB、φC表示TCR电抗器流入大地的漏磁通，表示去磁环产生的磁通，φA-n、φB-n、φC-n表述每相流入空间(大地)的漏磁通序分量；
在每相设置去磁环短路线圈，形成角接形式，用于消除3、9、15次具有零序性质的流入大地空间的漏磁通，消除三相组周围金属包围体造成严重的影响。
优选地，所述分相式漏磁去磁治理方法和三相组的整体治理方法复合使用。
优选地，还包括平装布置TCR电抗器漏磁通治理方法
每相平装的两节电抗器，由于其互感基本可以忽略，因而采用直接电抗器极性反接方式进行治理，由于每相的2节电抗器漏磁通能在单相大尺度空间及三相组大尺度空间基本相互抵消，消除其对大地金属网、二次电缆屏蔽层的电磁感应影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：叠装TCR电抗器漏磁治理的两种方法中，第一种消除效果比较彻底，但同时对TCR的电感影响较大，应控制去磁环的安匝数规模及位置，确保对TCR电抗器电感的影响小于3％；同时，第一种措施的去磁环的总匝数要多，体积较大；第二种治理措施仅对3、9、15次谐波电流产生的零序磁通进行消除，对电抗器本身的影响很小。两种治理措施可以复合使用，效果更好。
附图说明
图1是本发明中空心电抗器轴向/径向磁密衰减曲线图；
图2是本发明中叠装TCR电抗器漏磁通空间示意图(单相正视图)；
图3是本发明中TCR电抗器漏磁抑制等效原理图；
图4是本发明中叠装TCR电抗器漏磁通空间示意图(三相俯视图)；
图5是本发明中叠装TCR电抗器漏磁通空间示意图；
图6是本发明中平装布置TCR电抗器漏磁通治理空间示意图。
具体实施方式
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，本发明针对上述问题，在对大型干式空心TCR电抗器漏磁通的机理及叠加效果进行研究分析基础上，针对性的提出如下有效的抑制措施：
TCR单相组(上下叠放式和平行布置式)漏磁通对周边金属导体的电磁感应影响为1、3、5、7、9、11、13、15次等多频谱的影响；三相组的整体影响只和3次、9次、15次谐波漏磁通有关，其他频次诸如5、7、11、13次谐波漏磁通在整体上呈现正序或负序性质，三相在大尺度空间范围内叠加后基本为零；3、9、15次具有零序性质的漏磁通，在三相外部大尺度空间上叠加后为单相的三倍关系。因此，三相组TCR电抗器对于周围的金属围栏、接地网、等电位接地线以及电缆金属屏蔽层的漏磁影响主要为3、9、15次谐波的漏磁通为主。
根据CR电抗器常见的布置方式为两节叠装及两节平装，其漏磁通治理消除方法有：
(1)分相式漏磁去磁治理方法
如图1和图2所示，分相式大尺度空间的合成磁通治理示意及计算如下：按照IEEE相关标准要求，电抗器下端部对地高度必须满足MC1(0.5D，D为电抗器外径)距离要求，电抗器的磁密B值超过MC1后已大大衰减，即大部分主磁通并不穿过附近的闭合金属网，通过计算空间漏磁通大小，治理评价指标要求，在每相电抗器轴向方向的合适位置设置人工短路环：三相组的漏磁通去磁、消磁人工短路环按照实际需要接成单相形式，对所有频率的漏磁进行消除，或三相接成Δ接线，专门对3、9、15次的零序性质特征谐波磁通进行消除。
其消磁抑制基理如下：
对空间某点的开路金属导体感应电势可用理想的变压器电磁感应公式进行计算：e＝-4.44fBSW
其中，f为电源频率，B为磁密，S为开路金属导体切割磁密有效面积，W为安匝数。E为感应电势，其大小与B及频率均成正比关系。
当金属导体闭环时，相当于耦合了一定的安匝数的变压器二次短路情况，其电磁耦合原理图如图3所示：
根据磁动势平衡，其感应电流可表示为：
N1I1＝KN2I2
其中，N1I1为TCR的等效磁动势，K为电抗器线圈与去磁环线圈的耦合系数，取决于相互相互空间耦合几何尺寸，N2I2为去磁环线圈磁动势。如果K＝1，即完全耦合，其感应电流取决于TCR电抗器的角内电流及与感应线圈的安匝比，此时空间内磁场强度H为零，线圈整体呈现“无感”特性。而对于按照标准规定的防磁范围以外(MC1以外)设置的短路环，其耦合的系数K很小，经理论计算，K值一般不大于0.03。
具体实施方案示意图见图4，即每相设置去磁环短路线圈(以下简称去磁环)，分别消除每相TCR电抗器流入大地空间对周围金属包围体造成严重影响的部分漏磁磁通。同时，对三相组大尺度空间合成漏磁通也进行消除。
未加去磁环时，流入三相组大尺度金属包围体(大地)空间的磁通为：
φ总＝φA+φB+φc
增加去磁环流入(大地)空间的整体磁通为：
φ总＝φA+φA+φB+φB+φc+φc≈0
注：φ_A、φ-B、φ_c表示TCR电抗器流入大地的漏磁通，φ_A^，、φ_B^，、φ_c^，表示去磁环产生的补偿磁通。
(2)三相组的整体治理方法
三相组大尺度空间的合成磁通治理示意及计算如下：
φA、φB、φc表示TCR电抗器流入大地的漏磁通，表示去磁环产生的磁通，φA-n、φB-n、φC-n表述每相流入空间(大地)的漏磁通序分量；
如图5所示，在每相设置去磁环短路线圈，形成角接形式，用于消除3、9、15次具有零序性质的流入大地空间的漏磁通，消除三相组周围金属包围体造成严重的影响。
(3)叠装TCR电抗器漏磁治理的两种方法对比
第一种消除效果比较彻底，但同时对TCR的电感影响较大，应控制去磁环的安匝数规模及位置，确保对TCR电抗器电感的影响小于3％；同时，第一种措施的去磁环的总匝数要多，体积较大；
第二种治理措施仅对3、9、15次谐波电流产生的零序磁通进行消除，对电抗器本身的影响很小。两种治理措施可以复合使用，效果更好。
(4)平装布置TCR电抗器漏磁通治理方法
每相平装的两节电抗器，由于其互感基本可以忽略，因而采用直接电抗器极性反接方式进行治理，其空间的合成磁通治理示意及计算如图6所示，由于每相的2节电抗器漏磁通能在单相大尺度空间及三相组大尺度空间基本相互抵消，消除其对大地金属网、二次电缆屏蔽层的电磁感应影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法，其特征在于：根据TCR电抗器常见的布置方式为两节叠装及两节平装，漏磁治理消除方法有:分相式漏磁去磁治理方法；
所述分相式漏磁去磁治理方法如下：按照IEEE标准要求，电抗器下端部对地高度必须满足MC1距离要求，电抗器的磁密B值超过MC1后已大大衰减，即大部分主磁通并不穿过附近的闭合金属网，通过计算空间漏磁通大小，治理评价指标要求，在每相电抗器轴向方向的合适位置设置人工短路环：三相组的漏磁通去磁、消磁人工短路环按照实际需要接成单相形式，对所有频率的漏磁进行消除，或三相接成Δ接线，专门对3、9、15次的零序性质特征谐波磁通进行消除。
2.根据权利要求1所述的大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法，其特征在于，还包括三相组的整体治理方法
三相组大尺度空间的合成磁通治理示意及计算如下：
φA、φB、φC表示TCR电抗器流入大地的漏磁通，表示去磁环产生的磁通，φA-n、φB-n、φC-n表示每相流入空间的漏磁通序分量；
在每相设置去磁环短路线圈，形成角接形式，用于消除3、9、15次具有零序性质的流入大地空间的漏磁通，消除三相组周围金属包围体造成严重的影响。
3.根据权利要求2所述的大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法，其特征在于，所述分相式漏磁去磁治理方法和三相组的整体治理方法复合使用。
4.根据权利要求1所述的大型干式空心TCR电抗器漏磁引起周边附件发热的治理方法，其特征在于，还包括平装布置TCR电抗器漏磁通治理方法
每相平装的两节电抗器，由于其互感忽略，因而采用直接电抗器极性反接方式进行治理，由于每相的2节电抗器漏磁通能在单相大尺度空间及三相组大尺度空间相互抵消，消除其对大地金属网、二次电缆屏蔽层的电磁感应影响。
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