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干式空心电抗器损耗及温度场研究

代忠滨  
【摘要】:电抗器是电力系统中非常重要的电工设备之一,主要用于限制系统的短路电流以及补偿系统的无功容量。与油浸式铁心电抗器相比,干式空心电抗器具有很多优点,所以被广泛的应用于电力系统中。本文就干式空心电抗器磁场分布、损耗计算以及温度场分布进行了研究。 提出了基于二维和三维磁场分析分离计算空心电抗器所有损耗的方案。即首先建立二维直接场-路耦合有限元模型,分析空心电抗器的二维磁场分布和每层绕组内的电流。然后根据每层绕组内的电流计算空心电抗器电阻损耗和环流损耗,由绕组内磁通密度分布计算绕组内涡流损耗。然后把计算出的绕组电流作为激励,建立了三维涡流场分析模型,计算出空心电抗器三维磁场分布以及接线臂内涡流损耗。 分析了干式空心电抗器的热源和散热条件。把计算出的绕组内损耗和接线臂内损耗作为热源,利用有限元方法分析了空心电抗器的温度场。空心电抗器通过热传导、自然对流和热辐射三种散热方式散热。在分析自然对流传热时利用了两种方法来模拟空心电抗器表面的自然对流散热。(1)建立三维温度场有限元分析模型。通过迭代计算算出空心电抗器各个表面的对流系数,把计算出的对流系数和辐射率作为各个表面的边界条件,利用有限元法算出空心电抗器的温度场分布。(2)分别建立了二维和三维流场-温度场耦合有限元模型,通过耦合分析空心电抗器周围的流场和电抗器内部的温度场来模拟电抗器表面的对流换热,并且考虑各个表面的辐射作用,计算出空心电抗器温度场分布。


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