[發明專利]一種電抗器機械性能設計方法

在審

• 申請號: 201610525705.4
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN107562973A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 郄建錄
• 申請（專利權）人: 天津華創億能電氣有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電力系統器件設計領域，尤其涉及一種電抗器機械性能設計方法。

背景技術

直流輸電換流閥用飽和電抗器是換流閥中保護晶閘管的重要部件之一。它由鐵芯和繞組組成，利用鐵芯材質的飽和特性獲得電氣參數的飽和特點。飽和電抗器的機械性能設計是一個約束因素眾多，且有時會相互矛盾的設計過程，因此設計過程需要考慮多方面的約束。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種電抗器機械性能設計方法。飽和電抗器的機械性能設計應考慮以下幾個方面：材料選擇、電動力分析、整體結構、懸吊安裝及支撐、連接環節及外觀、防火設計、抗震設計等。

本發明提出了一種電抗器機械性能設計方法，包括以下步驟：材料選擇、電動力分析、整體結構、懸吊安裝及支撐、連接環節、防火設計和抗震設計共7部分，7部分的設計互有交叉，按照每一個部分得到電抗器的設計結果后，需要校核其他部分是否滿足，只要有一項不滿足，則需要重新設計，直到7部分性能都滿足為止；

飽和電抗器機械性能設計的輸入參數為其電氣性能參數、熱力性能參數，設計輸出參數即材料選型、結構型式，機械性能設計的結果應滿足電氣性能、熱力性能，另外還需確保美觀性、懸吊安裝的便捷性、防火性能以及抗震性

(1)材料選擇

飽和電抗器中主要部分包括線圈、鐵心、絕緣介質、水管，根據各部分的功能不同分別進行選材；

線圈采用中空形式，中空部分流過冷卻液輔助散熱，故兼顧飽和電抗器長期工作的可靠性，還需要考慮線圈材料的耐腐蝕特性，兼顧其導電特性和耐腐蝕特性，最終選擇線圈的材質；

鐵心的材質在滿足電氣特性的基礎上，還需兼顧易加工、強度高、耐溫 高、經濟性；

對于絕緣介質而言，它需經受電氣性能中的雷電沖擊、陡波沖擊的考核，從材料選擇角度看，絕緣介質應在滿足電氣特性的基礎上，需兼顧其易加工、強度高、耐溫高、經濟性；

對于水管而言，一類是為線圈散熱，也即電氣性能參數中的歐姆損耗，一類是為鐵心散熱，也即電氣性能參數中的鐵心損耗；第一類是由線圈兼顧，即冷卻液流經中空的線圈，提供散熱條件；第二類水管則是單獨的管路，由于是為鐵心散熱，故完整的管路材質不能全部選擇金屬，而應選擇金屬和塑料材質兩種；金屬材質的選擇同線圈的選擇原則，所不同的地方則是因為無需流經電流，故僅需考慮耐腐蝕特性；塑料材質的選擇需要兼顧耐腐蝕特性、易加工、易彎折、耐溫高的特點；

(2)電動力分析

飽和電抗器承受最強烈的機械載荷是在其承受3周波故障電流時，也即電氣性能參數中的故障電流強度，所承受的電動力強度沖擊，所承受電動力最大值按照f＝BIL計算，其中B為飽和電抗器線圈及鐵心處的磁感應強度，可以通過有限元方法求解得到，I為3周波故障電流的峰值，L為飽和電抗器線圈及鐵心的等效長度，根據電動力的計算結果，將其作為輸入通過有限元方法分析飽和電抗器在此載荷下的位移，如果位移在允許的范圍內，并且整體結構未受到破壞，那么飽和電抗器的機械性能設計通過此項性能的考核；如果不滿足，那么需要重新設計飽和電抗器的機械特性；

(3)飽和電抗器的整體結構

飽和電抗器的整體結構的設計主要考慮線圈與鐵心的裝配形式，以及散熱水路的設置及裝配形式，另外還需考慮是否需要外殼進行封裝，以及線圈的出線方式，線圈與鐵心的裝配形式有心式和殼式兩種，兩種結構的選取與飽和電抗器的電氣性能參數有關，飽和電抗器參數中的空心電感占其不飽和電感百分比較大時，可以優先選擇殼式結構；較小時，可以優先選擇心式結構，散熱水路的設置受飽和電抗器電氣性能參數中的損耗影響最大，鐵心損耗占歐姆損耗百分比較大時，可考慮為鐵心單獨設置散熱水路；較小時，可以只保留線圈的水路，另外也受制于其流量壓差特性。外殼的封裝需要兼顧飽和電抗器的額定電流大小、重量限制、鐵心的工作點、損耗量值、噪聲和振動，上述各因素與電抗器的電氣參數、熱力參數緊密有關，同時又相互制約，因此需結合實際的量值優化確定電抗器的結構；

(4)懸吊安裝及支撐

懸吊安裝及支撐部分屬于飽和電抗器結構中的附屬部分，由于飽和電抗器在直流換流閥中不是一個孤立器件，而是與眾多元器件共同裝配連接發揮作用，同時它在換流閥中作為單個元器件而言也是比較重的，因此懸吊安裝及支撐也是其中重要的部分；

懸吊部分考慮到飽和電抗器的重量分布，選擇2點或者4點，如果重量超過一定門檻所述門檻值為200Kg～400Kg，那么優先選擇4點，否則優先選擇2點，懸吊點的選擇應考慮到飽和電抗器中能夠承重的部位，優先選擇絕緣部分以及線圈，盡量避免直接懸吊鐵心；