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空心电抗器电场及电动力问题分析

赵延山  
【摘要】:由于空心电抗器具有线性度好、结构简单、使用维护方便、重量轻、损耗低、噪声小等特点,近年来,在电力、冶金、煤矿、化工、风电和电气化铁路等领域获得了广泛地应用。深入分析空心电抗器内部绝缘的电场强度分布,有助于空心电抗器绝缘结构的合理设计;对空心电抗器内部结构所承受电动力的分析,有助于加强空心电抗器机械强度的设计,避免空心电抗器在运行过程中承受巨大的电动力从而破坏电抗器。 首先对空心电抗器的结构特点进行了阐述,空心电抗器是由多个采用玻璃纤维浸环氧树脂胶固化的同轴绕组包封组成,在电气上所有包封均并联在一起。空心电抗器主要由星架臂、电抗器线圈、引拔棒、支柱绝缘子、安装底座、隔磁升高座等部分组成。由于空心电抗器只有绕组,没有铁心(磁屏蔽电抗器除外),实质上就是一个空心的电感器绕组。 根据空心电抗器的实际结构,应用ANSYS软件分别对空心串联电抗器、空心并联电抗器建立二维电场分析模型。采用有限元法对电场分析模型进行剖分,然后对其导线层间、匝间电场进行了分析,得出相应的空心电抗器包封内部的电场强度和分布特点。然后利用MATLAB软件,对空心串联电抗器在送电运行瞬间下的端电压进行了分析,并得出相应的结论,空心串联电抗器在正常运行情况下,端电压一般并不太高,但在送电投入的瞬间其端电压与系统电压相一致,远远高于其正常运行状态下的电压。另外,对于表面发生绝缘开裂的空心电抗器,利用有限元法,对其绝缘结构中最大场强及其出现的位置进行了分析,并得出结论,由于绝缘开裂,导致其空心电抗器表面的电场增大很多倍,从而也说明了绝缘开裂是产生表面树枝状放电的主要原因之一。 由于空心电抗器的主磁通与导线交链,因此空心电抗器各包封中每匝导线均承受着一定的电动力作用。对于空心电抗器而言,它所承受的电动力,产生机械应力传导至电抗器各包封中,并同时传到电抗器的其它部件上。在额定工作状态下,空心电抗器所承受的电动力一般来说都很小,然而在电抗器投入的瞬间或者短路状态下,空心电抗器中流过的电流将会远远大于其额定电流,从而使电抗器承受的电动力增大很多,甚至有可能导致电抗器发生故障。对空心电抗器正常运行状态、送电投入运行瞬间及承受短时电流状态下,利用ANSYS软件,对空心电抗器各层导线所承受的电动力分别进行了计算,从而得到了空心电抗器的电动力分布情况,为空心电抗器的设计提供了理论基础。


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