CN114864253B - 一种干式空心电抗器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种干式空心电抗器的制作方法，包括以下步骤：以等效电感值为基准，在各层包封满足温升限制要求的前提下，在满足电感、总损耗和温升约束条件的基础上，根据各层包封的匝数和电流值，经过迭代计算最终确定各层包封采用膜包矩形铝绞线绕制而成，每根膜包矩形铝绞线由至少两根单丝圆铝线绞合而成，经绕制后的各层包封放入对应尺寸的模具中抽真空，并浇注环氧树脂进行固化，形成浇注式包封。本发明的有益效果是：通过以预设的等效电感值为基准，在各层包封满足温升的前提下，确定电抗器的包封层数，各层包封的匝数和电流值，设计所得的电抗器能够满足在短时间内承受内30kA的试验电流的要求。

Description

一种干式空心电抗器的制作方法
技术领域
本发明涉及电抗器制造技术领域，尤其涉及一种干式空心电抗器的制作方法。
背景技术
随着柔性直流技术发展，对换流变压器及其附件的可靠性提出更高要求，在研究换流变压器的燃爆试验时，需要试验线路满足短时(1s)电流值为30kA的要求，超大的线路电流需要依靠电抗器进行限流，而现有的干式空心电抗器在30kA的大电流试验线路中表现为难以精确控制，无法满足试验线路的安全运行和试验数据的精确提取。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种干式空心电抗器的制作方法，主要解决现有的干式空心电抗器无法在短时间内承受内30kA的试验电流的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种干式空心电抗器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据预定的额定电感、额定电流和短路电流作为作为边界输出约束参数，设定电抗器为N层封包，N≥2，计算每层包封的自感，以及计算当前层包封与其他各层包封的互感，再根据各层包封的并联关系计算出电抗器的等效电感值；
步骤二，以所述等效电感值为基准，在各层包封满足温升限制要求的前提下，初选各层包封的导线尺寸，以及每层包封的导线匝数、电抗高度和内外径尺寸，经过迭代计算确定电抗器的包封层数、各层包封的匝数和电流值，各所述电流值的累加值大于或等于30kA，在满足各层包封自感和互感的前提下，根据各层包封的匝数和电流值，初步选取各层包封导线的结构规格尺寸，通过计算各层包封的导线损耗，以及计算各层温升的满足能力，确定各层包封导线总损耗计算为直流电阻耗和涡流耗之和；
步骤三，在满足等效电感值、总损耗、温升和动热稳定性约束条件的基础上，根据所述各层包封的匝数和电流值，经过迭代计算最终确定各层包封采用膜包矩形铝绞线绕制而成，每根所述膜包矩形铝绞线由至少两根单丝圆铝线绞合而成；
步骤四，经绕制后的各层包封放入对应尺寸的模具中抽真空，并浇注环氧树脂进行固化，形成浇注式包封；
步骤五，将各个浇注式包封并联后，与铝质星形架、支柱绝缘子和支架进行安装固定。
在一些实施方式中，所述等效电感值的计算方法为：建立矩阵方程组
其中，Rn为第n层包封的直流电阻值，Ln.n为第n层包封的自感值，Mn.n为第n层包封与其他包封的互感值，ω为角频率，I为第n层包封的电流值，U为第n层包封的电压值；
求解所述矩阵方程组，获得所述等效电感值。
在一些实施方式中，所述各层包封导线总损耗的计算方法为：
其中，If为当前层包封在频率f下的额定电流，R0为当前层包封的直流电阻值，Z(f)为谐波损耗电阻系数。
在一些实施方式中，所述膜包矩形铝绞线的外部绝缘膜单侧厚度小于等于0.6mm。
在一些实施方式中，所述膜包矩形铝绞线的填充率小于等于0.86。
在一些实施方式中，所述膜包矩形铝绞线的尺寸公差控制在±0.01mm以内。
在一些实施方式中，所述单丝圆铝线的抗拉强度不低于70MPa，绞合后的所述膜包矩形铝绞线的抗拉强度按不小于70MPa。
本发明的有益效果为：通过以预设的等效电感值为基准，在各层包封满足温升的前提下，确定电抗器的包封层数，各层包封的匝数和电流值，设计所得的电抗器能够满足在短时间内承受内30kA的试验电流的要求。
附图说明
图1为本发明实施例公开的干式空心电抗器的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
本实施例提出了一种干式空心电抗器的制作方法，通过以预设的等效电感值为基准，在各层包封满足温升的前提下，确定电抗器的包封层数，各层包封的匝数和电流值，设计所得的电抗器能够满足在短时间内承受内30kA的试验电流的要求。
主要包括以下步骤：
步骤一，根据预定的额定电感、额定电流和短路电流作为作为边界输出约束参数，设定电抗器为N层封包，N≥2，计算每层包封的自感，以及计算当前层包封与其他各层包封的互感，再根据各层包封的并联关系计算出电抗器的等效电感值；
每层绕组直流电阻R1、R2、R3……Rn(随温度变化而变化)，自感L11、L22、L33……Lnn,层与层之间互感M12、M13、M21、M31……等由选定的各层包封导线物理结构尺寸确定，由基本的电感、电阻物理公式计算得出，也可由计算软件完成，总体结构模型各层包封之间的物理电路其等效的数学方程式如下：
(R1+jωL11)I1+jωM12I2+jωM13I3+…+jωM1nIn＝U1
jωM21I1+(R2+jωL22)I2+jωM23I3+…+jωM2nIn＝U2
jωM31I1+jωM32I2+(R3+jωL33)I3+…+jωM3nIn＝U3
...
jωMn1I1+jωMn2I2+jωMn3I3+…+(Rn+jωLnn)In＝Un
将上式转化为矩阵方程为
其中，Rn为第n层包封的直流电阻值，Ln.n为第n层包封的自感值，Mn.n为第n层包封与其他包封的互感值，ω为角频率，I为第n层包封的电流值，U为第n层包封的电压值；求解矩阵方程组，获得等效电感值。
解此方程组可求得各层绕组电流分配各电抗器的等效电阻、等效电感，改变角频率ω可以计算不同频率下电流分配、等效电阻和等效电感。
步骤二，以等效电感值为基准，在各层包封满足温升限制要求的前提下，初选各层包封的导线尺寸，以及每层包封的导线匝数、电抗高度和内外径尺寸，经过迭代计算确定电抗器的包封层数、各层包封的匝数和电流值，各电流值的累加值大于或等于30kA，在满足各层包封自感和互感的前提下，根据各层包封的匝数和电流值，初步选取各层包封导线的结构规格尺寸，通过计算各层包封的导线损耗，以及计算各层温升的满足能力，确定各层包封导线总损耗计算为直流电阻耗和涡流耗之和；
各层包封导线总损耗的计算方法为：
其中，If为当前层包封在频率f下的额定电流，R0为当前层包封的直流电阻值，Z(f)为谐波损耗电阻系数。
下面通过各种方法研究计算如下：
式中：Pf-任意频率时的涡流损耗数
W-线圈的机械匝数
I-额定电流A
f-谐波频率Hz
a-每匝导线中每根导线的幅向尺寸mm
b-每匝导线中每根导线的轴向尺寸mm
τa、τr-与线圈几何尺寸相关的系数
H-线圈的电抗高度mm；
Kq＝1.15×q×10-2 q≤120mm2
Kq＝1.5×q×10-2 q＞120mm2
式中：Pf-任意频率时的涡流损耗系数
W-线圈的机械匝数
q-导线的净截面积mm2
f-谐波频率Hz
K0-取决于线圈尺寸的系数；
KP-取决于导线材质的系数，AL＝0.37,CU＝1；
H-线圈的电抗高度m；
式中：
由上述式(1)-(3)计算各层线圈损耗分布，以及冷却介质情况，确定各层线圈的温升是否满足要求，同理开展各层线圈动热稳定性校核。
步骤三，在满足等效电感值、总损耗、温升和动热稳定性约束条件的基础上，根据各层包封的匝数和电流值，经过迭代计算最终确定各层包封采用膜包矩形铝绞线绕制而成，每根膜包矩形铝绞线由至少两根单丝圆铝线绞合而成；
步骤四，经绕制后的各层包封放入对应尺寸的模具中抽真空，并浇注环氧树脂进行固化，形成浇注式包封；
步骤五，将各个浇注式包封并联后，与铝质星形架、支柱绝缘子和支架进行安装固定。
根据设计要求膜包矩形铝绞线的外部绝缘膜单侧厚度小于等于0.6mm。膜包矩形铝绞线的填充率小于等于0.86。膜包矩形铝绞线的尺寸公差控制在±0.01mm以内。单丝圆铝线的抗拉强度不低于70MPa，绞合后的膜包矩形铝绞线的抗拉强度按不小于70MPa。主要技术参数如表 1所示。
表1 空心电抗器的主要技术参数
额定电压，kV 20
额定频率，Hz 50
对地绝缘电压，kV 35
阻抗，Ω 0.2
短时(1s)电流，kA 30
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种干式空心电抗器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据预定的额定电感、额定电流和短路电流作为作为边界输出约束参数，设定电抗器为N层封包，N≥2，计算每层包封的自感，以及计算当前层包封与其他各层包封的互感，再根据各层包封的并联关系计算出电抗器的等效电感值；
步骤二，以所述等效电感值为基准，在各层包封满足温升限制要求的前提下，初选各层包封的导线尺寸，以及每层包封的导线匝数、电抗高度和内外径尺寸，经过迭代计算确定电抗器的包封层数、各层包封的匝数和电流值，各所述电流值的累加值大于或等于30kA，在满足各层包封自感和互感的前提下，根据各层包封的匝数和电流值，初步选取各层包封导线的结构规格尺寸，通过计算各层包封的导线损耗，以及计算各层温升的满足能力，确定各层包封导线总损耗计算为直流电阻耗和涡流耗之和；
步骤三，在满足等效电感值、总损耗、温升和动热稳定性约束条件的基础上，根据所述各层包封的匝数和电流值，经过迭代计算最终确定各层包封采用膜包矩形铝绞线绕制而成，每根所述膜包矩形铝绞线由至少两根单丝圆铝线绞合而成；
步骤四，经绕制后的各层包封放入对应尺寸的模具中抽真空，并浇注环氧树脂进行固化，形成浇注式包封；
步骤五，将各个浇注式包封并联后，与铝质星形架、支柱绝缘子和支架进行安装固定；所述等效电感值的计算方法为：建立矩阵方程组
其中，Rn为第n层包封的直流电阻值，Ln.n为第n层包封的自感值，Mn.n为第n层包封与其他包封的互感值，ω为角频率，I为第n层包封的电流值，U为第n层包封的电压值；
求解所述矩阵方程组，获得所述等效电感值；
所述各层包封导线总损耗的计算方法为：
其中，If为当前层包封在频率f下的额定电流，R0为当前层包封的直流电阻值，Z(f)为谐波损耗电阻系数；
所述膜包矩形铝绞线的外部绝缘膜单侧厚度小于等于0.6mm；
所述膜包矩形铝绞线的填充率小于等于0.86；
所述膜包矩形铝绞线的尺寸公差控制在±0.01mm以内；
所述单丝圆铝线的抗拉强度不低于70MPa，绞合后的所述膜包矩形铝绞线的抗拉强度按不小于70MPa。
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