干式空心电抗器星形架热效应对包封温度的影响研究

【摘要】：在电力系统中,干式空心电抗器作为长距离输电系统的主要辅助设备,其作用为无功补偿、移相以及限制电力传输系统的短路电流等。由于干式空心电抗器具有优异的电气性能,其在电力传输系统中发挥着重要作用。在电抗器的日常运行过程中,由于星形架产生涡流热效应和包封生热,同时,其随时处于大电流、高电压和强磁场相结合的极端环境中,包封局部温度升高,甚至过热,最终导致正常工作的电抗器在其顶、底两端的星形架附近发生烧损甚至火灾。这给国家和企业,乃至人民的生活带来了巨大的损失,给周边的环境造成了巨大的破坏。因此,利用有限元分析的方法,研究星形架热效应对包封温度的影响,以及对比光纤Bragg光栅检测电抗器包封的温度分布数据进行有效的分析,都对电力系统的发展具有重要的意义和重大的实用价值。针对干式空心电抗器的结构特点和检测需求,利用有限元分析方法和数据对比法,有效地对干式空心电抗器包封温度所受星形架热效应的影响进行研究,以及将仿真结果与电抗器温升试验数据做对比分析。本文研究内容主要包括:(1)根据干式空心电抗器的结构,从其星形架结构特点入手,在干式空心电抗器工作的情况下,星形架上导线通电产生电流,在电抗器中心圆环处产生涡流效应,由于涡流生热,星形架将热量发散到各方向的支架上。分析研究了星形架的涡流热效应,并结合电抗器实际参数与传热学知识对干式空心电抗器进行了有限元建模,建立了一个与电抗器实际尺寸1:1的有限元模型。(2)运用ANSYS WORKBENCH对干式空心电抗器进行有限元分析,得到干式空心电抗器在无星形架下的十一层包封的温度分布图。针对星形架的涡流热效应,通过有限元分析得到了电抗器星形架热效应对包封温度的影响图,并对第一、三、五、六、七、九、十一层包封在是否有星形架影响下的包封温度分布进行了对比,分析了星形架热效应对各包封温度的影响。包封层从两侧向中间,星形架热效应对包封温度的影响越来越小,对第一层包封温度影响较大,对第六层包封温度影响较小。(3)通过电抗器温升试验,分别介绍了试验所用的光纤Bragg光栅温度传感器以及传感器的安装位置分布。通过搭建的光纤Bragg光栅温度传感网进行温升过程的在线检测,将所得的包封温度的实际测量数据与仿真结果数据做对比,并加以分析,分析结果为试验数据基本位于仿真数据的区间之内。通过数据分析,为干式空心电抗器的运行安全提供依据。本文通过有限元分析和数据对比等方式,分析了干式空心电抗器星形架热效应对电抗器包封的温度分布的影响研究。实施过程中完成了电抗器结构的建模与有限元仿真、数据对比等工作,以上经验对电力传输系统中干式空心电抗器的预防火灾和在线检测有着重要参考价值。