计及遮雨帽和隔音装置的空心电抗器散热性能分析及结构参数优化设计

根据空心电抗器的设计参数,建立了三维流场-温度场耦合仿真模型,获得了加遮雨帽和隔音装置前后电抗器温度场仿真结果。提取不同路径下电抗器温度和流速分布,揭示了电抗器包封线圈的散热特性。通过分析包封线圈间气道内流体的流速,给出了在加遮雨帽和隔音装置下电抗器温升显著增加的原因。为了降低电抗器的温升,选取影响电抗器散热性能的遮雨帽和隔音装置主要结构参数,采用拉丁方试验设计与有限元仿真相结合的方法,获得了不同结构参数下电抗器温度场仿真结果。在此基础上,构建了Kriging近似模型,该模型反映了电抗器最高温度与遮雨帽、隔音装置结构参数间的相互关联。采用灵敏度分析技术获得了结构参数对电抗器最高温度的影响程度。基于粒子群优化算法,获得了最佳的遮雨帽和隔音装置结构参数。优化结果表明,在最佳的结构参数下电抗器最高温升从73.6℃下降到61.2℃,温升显著降低,优化方法对提高电抗器散热能力具有重要的指导意义。     

基于神经网络模型与多岛遗传算法的空心电抗器隔音装置优化设计

干式空心电抗器长期处于电磁–热–力等多物理场环境中，其噪音和温升问题一直是学者关注的热点问题。根据干式空心电抗器的设计参数，利用COMSOL有限元软件建立了3维电磁–结构–声场和流场–温度场多物理场耦合仿真模型，获得了加和未加隔音装置下电抗器声场和温度场仿真结果。分析了电抗器声压级水平和温升分布特点，采用中心组合试验设计与有限元仿真相结合的方法，获得了在不同结构参数的隔音装置下电抗器声场和温度场仿真结果。在此基础上，构建了神经网络模型，该模型反映了电抗器测点声压级水平及最高温度与隔音装置结构参数间的响应关系，通过灵敏度分析技术获得结构参数对电抗器声压级水平和最高温度的影响程度。最后，基于多岛遗传优化算法，获得了最佳的隔音装置结构参数。优化结果表明：在最佳结构参数下，电抗器声压级水平和最高温度分别下降了13.9 dB和26.3℃，该优化方法对电抗器隔音装置的参数优化具有重要的参考意义。     

基于流体—热力学耦合的大容量干式电抗器温度场研究

针对加装防雨降噪装置的±800 kV/6250 A大容量干式平波电抗器温度场分布问题,依托于输送容量为10 GW特高压直流输电工程,采用流体—热力学耦合的仿真方法与试验相结合的方式,文中研究了±800 kV/6250 A干式平波电抗器温度场分布特性.试验结果表明:一是平波电抗器温升试验与仿真结果吻合,验证了仿真模型的合...     

特高压油浸式铁心并联电抗器内部温度场数值计算与实验研究

超特高压并联电抗器内部电磁损耗和温度热点分布的研究对电抗器结构设计具有重要意义。由于电抗器铁心饼之间存在空气间隙的不连续结构,导致主磁通减少、漏磁通增加。大量漏磁通经过钢性结构件产生的铁损和绕组运行过程中产生的铜损造成电抗器局部过热现象。文中建立了电抗器本体及散热装置的三维模型,对电抗器内部结构件的磁场分布和电磁损耗进行研究计算。同时将损耗值作为热源,采用流固耦合方法分析了电抗器内部温度场、流体场分布,对局部热点进行定位。将实验测试结果与理论值、仿真计算值进行了对比,证明了该方法的正确性与有效性。     

基于流场-温度场耦合计算的新型空心电抗器设计与分析

按照H级绝缘要求设计的新型空心电抗器 ,采用NOMEX纸作为绝缘材料 ,提高了空心电抗器耐热等级。通过空心电抗器磁场 -电路耦合首先计算磁场、电感和电流等参数 ,然后将计算得到的焦耳热作为流场 -温度场耦合计算的热源。得到空心电控器的温度场分布。这样在设计阶段就可以对空心电抗器进行热性能分析 ,从而保证设计的电抗器满足绝缘要求。对采用玻璃纤维和NOMEX纸作绝缘材料的空心电抗器进行比较 ,结果表明 ,采用新型绝缘材料后 ,电抗器结构变小 ,重量减轻     

基于耦合场数值计算的电抗器通风结构改进

干式空心电抗器作为电力系统中的广泛使用的电气设备,起着协调系统无功平衡、限制过电压、限制短路电流和平波等作用。在实际运行过程中,电抗器往往会因为外部环境、自身结构等原因产生局部过热、绝缘老化甚至烧损等现象。笔者以某可控高压并联电抗器二次侧辅助电抗器为研究对象,通过建立场—路耦合模型计算了该干式空心电抗器各个包封绕组产生的焦耳热生成率,以此作为流场—温度场有限元分析的输入,求解出了电抗器的温度场分布。针对电抗器局部温升偏高的计算结果,对通风结构做出了改进并进行了验算。计算结果表明,结构改进后的电抗器温升明显降低,研究结果能够为电抗器的设计和结构优化提供参考。     

干式空心电抗器匝间绝缘检测仿真研究

电抗器是无功补偿和滤波装置中的重要部件,需要对其进行检测,目前国内对干式空心电抗器绝缘状态的检测方法研究较少。基于脉冲电压法原理,本着降低试验费用的原则,建立干式空心电抗器的数学模型,并输入实际参数进行仿真分析。仿真结果验证了利用脉冲电压法对干式空心电抗器进行匝间绝缘检测的可行性,对干式空心电抗器绝缘检测有指导作用。     

基于多物理场耦合的特高压并联电抗器振动噪声仿真分析与实验研究

为全面研究特高压并联电抗器振动噪声特性及预测大小,考虑电抗器振动噪声产生机理,建立了基于多物理场耦合的电磁-结构-噪声全过程仿真电抗器模型。基于场-路耦合的电磁学理论,采用虚位移原理计算了电抗器电磁力;基于电磁-结构耦合的动力学理论,以电磁力为载荷,求取电抗器振动特性与振动速度;基于结构-噪声耦合的声学理论,以电抗器振动速度为载荷,分析了电抗器噪声分布;通过实验验证了模型的准确性。研究结果表明:油箱表面振动信号可反映电抗器内部运行状态,送电瞬间电抗器从暂态过渡到稳态需1.5个电流周期,电抗器振动以100 Hz为主振频率,噪声集中于100 Hz为中心频率的1/3倍频带,最大噪声为83.2 dB。分析研究结果为电抗器的减振降噪提供了理论支持。     

高导热环氧复合材料干式电抗器热点温升的仿真研究

干式电抗器的稳定运行影响新型电力系统的输电可靠性。干式空心电抗器包封材料整体由浸有环氧树脂的玻璃纤维丝经高温固化而成。本文采用多物理场耦合有限元方法,考虑干式空心电抗器的包封材料热导率对其热点温升的影响,建立了环氧复合材料的COMSOL微观仿真模型和外电路约束下的干式空心电抗器电-磁、流-热耦合计算模型。将电磁场下的损耗作为热源计算温度场与流场分布,研究在25℃环境温度下常规/高导热环氧复合材料对干式空心电抗器热点温升的影响规律。结果表明：高导热环氧树脂对复合材料热导率的提升效果显著;包封材料本体及周围空气温度场区域中热点温升最大值为103.75℃,出现在内部第4层包封材料的上端处;不同热导率的复合材料对降低干式电抗器的热点温升有明显差异,其中干式电抗器在高导热环氧树脂复合材料下的热点温度降低了7.55℃。     

基于全损耗计算的空心电力电抗器温度场研究

针对引发空心电力电抗器故障的局部过热问题,在二维和三维磁场有限元分析的基础上,计算空心电抗器的全部损耗——绕组内损耗和接线臂构架内的涡流损耗。其中绕组内损耗包括绕组电阻性损耗和绕组内的涡流损耗。以计算得到的全部损耗作为热源,结合空心电抗器的散热条件,建立空心电抗器内部温度场及周围流体场耦合有限元模型,对空心电抗器进行了二维和三维流场-温度场耦合计算,得到了电抗器各包封的温度分布,研究结果表明接线臂构架和撑条影响了电抗器的温升以及最热点位置,考虑全部损耗和散热条件的三维流-热耦合分析是十分必要的。     

真空断路器开断并联电抗器的三相建模

针对40.5 kV真空断路器开断并联电抗器的工况,为了消除现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究的现状,对一种型号的40.5 kV真空断路器进行了试验,得到其触头间介质动态绝缘强度曲线、高频电流熄灭判据和截流数据,并建立了断路器开断并联电抗器的三相仿真模型,同时考虑了三相间的耦合。应用ATP-EMTP软件进行了该型号真空断路器开断并联电抗器的三相仿真研究,并与现场试验结果进行了比对,仿真结果与试验结果大致相符。     

基于PSCAD变耦式可控电抗器的研究与仿真

本文介绍了一种不同于传统抗器的新型的电抗器——变耦式可控电抗器,此电抗器是通过改变互感器的耦合系数来独立调节线路电抗。文章分析了可控电抗器的电抗特性,并从绕组电势构成的观点详尽讨论了可控电抗的控制原理。用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型进行模拟实验,通过对理论研究与仿真结果的比较以及谐波的分析,验证了其电抗的可控性以及该仿真模型的正确性、有效性。     

叠装式干式空心电抗器温度场仿真与实验分析

电抗器的热稳定校核是生产设计中的重要指标,温度监测是检修维护的重要环节。电抗器温升过高造成包封绝缘损坏,严重时引发烧毁事件。文中基于有限元的方法,运用电磁场-流场-温度场理论对三相叠装式干式空心电抗器进行了温度场的仿真计算,提出了电抗器包封温度在轴向上和径向上的分布规律。研制基于物联网模式的干式空心电抗器温度在线监测系统,对某变电站内电抗器进行了多点温升测试。通过对比分析,仿真值与测量值吻合良好。研究成果能够为干式空心电抗器的温度在线监测与故障诊断提供理论基础和参考依据。     

干式空心并联电抗器电磁–流体–温度场耦合计算与分析

为提高干式空心电抗器温度场计算精度,基于多场耦合有限元理论,考虑包封撑条和防雨帽的影响,建立了外电路约束下的干式空心并联电抗器电磁–流体–温度多场耦合数值计算模型。通过电磁场计算得到包封的损耗,并将其作为三维流体–温度场的热源计算电抗器的温度场和流场分布。由于导体电导率与温度相关,在电磁–流体–温度场中迭代计算了包封损耗。将考虑包封撑条和防雨帽的温升计算值和未考虑包封撑条和防雨帽的温升计算值分别与红外测温对比分析,结果表明:考虑包封和防雨帽的模型计算更加精确,温升最大误差3%,而未考虑包封和防雨帽影响的误差高达9%。通过分析电抗器包封轴向及顶部径向温度分布规律,为干式空心并联电抗器的设计、运维和温升在线监测提供理论依据。     

采用桥臂电抗器耦合的MMC直流侧故障过电流抑制新方法

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)直流侧发生短路故障时换流站闭锁前桥臂过电流的抑制问题,提出了一种采用桥臂电抗器耦合的过电流抑制新方法。该方法不仅有效抑制故障电流,还能够改善系统的稳态运行。首先建立了采用桥臂电抗器耦合的MMC拓扑,阐明桥臂电抗器耦合原理。然后对该系统直流侧故障过电流进行分析,继而选取最佳的耦合系数。最后在Matlab中搭建了双端31电平系统仿真模型,分别在正常运行和故障两个阶段,将采用普通电抗器与采用耦合电抗器的系统各参数进行对比。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

开关磁阻电机磁-热耦合仿真分析

采用有限元法对三相18/12开关磁阻电机进行了电磁场与温度场的耦合仿真。应用Ansoft Maxwell软件建立了样机的有限元仿真模型和驱动控制电路,通过瞬态场仿真得出电磁场和铁耗、铜耗分布情况,作为热源耦合到温度场分析模块。采用ANSYS Workbench软件的耦合分析功能,计算了样机的稳态温度场及各主要部件的瞬态温度曲线,并将仿真结果与实验结果进行对比。二者结果基本一致,表明磁热耦合仿真能够准确地分析电机内部的温度分布情况,为今后开关磁阻电机的设计与优化提供了基础。     

电抗器铁芯振动噪声的多场耦合分析方法

针对电抗器铁芯磁致伸缩导致的振动噪声问题,提出在瞬态电磁场方程和结构力场方程及声场方程的基础上建立物理模型。从多物理场耦合的角度,对一台三相串联铁芯电抗器的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力、应力和声压级进行计算。对磁致伸缩和麦克斯韦力作用下的振动位移和声场分布分别分析,得出磁致伸缩是电抗器铁芯振动的主要原因。实验研究表明,增加修正系数后的电抗器振动噪声仿真结果与实测得到的电抗器振动噪声基本一致,满足工程需要,证实多场耦合分析方法可用于电抗器设计阶段对铁芯噪声进行预估。     

基于Fluent的35 kV干式空心电抗器温度场仿真分析

干式空心电抗器匝间短路是造成其故障的主要原因,而匝间绝缘材料的劣化受温度等因素的影响,因此对干式空心电抗器进行温度场分析有很重要的意义。文中利用Fluent对电抗器正常运行状态以及气道堵塞状态的温度场进行仿真计算,对不同情况下的各包封的温度分布进行分析。结果表明:在正常运行状态下,电抗器内部包封温升明显高于外部包封,同一包封上部温度高于下部,温差大于20 K,热点位于距顶端10%~20%处;气道堵塞情况下,阻塞处相邻包封温升明显升高,高出正常运行状况30~40 K;气道阻塞对非相邻包封温升影响较小,利用红外测温法测量电抗器外包封温度无法反映内部包封的局部过热。不同状态下的温度场仿真计算,对电抗器绝缘劣化研究以及故障分析提供依据。     

基于PSCAD磁饱和式可控电抗器的研究与仿真

针对可控电抗器现存问题,介绍了一种磁饱和式可控电抗器的拓扑结构及工作原理,并根据其可控电抗器的铁心结构、绕组特点及其工作状态,推导了它的电磁方程,从而得到了主回路和控制回路的电压方程以及可控电抗器的等效电路.利用PSCAD/EMTDC软件搭建可控电抗器的仿真模型并进行模拟实验,通过对仿真结果与理论研究的比较,验证了该电抗器的特性.     

基于电流型变流器的低谐波正交可控电抗器

正交可控电抗器是无功补偿的重要装置,但其本身由于特殊磁路结构会产生大量谐波。为改善其性能,本文提出了一种基于电流型变流器的低谐波正交可控电抗器,其基本结构是在传统的正交可控电抗器的交流侧增加谐波补偿绕组。电流型变流器检测出可控电抗器输入电流中的谐波分量,并产生与此谐波电流大小相等方向相反的补偿电流,通过补偿绕组耦合到可控电抗器的输入电流中,从而使输入电流接近正弦。本文讨论了这种低谐波正交可控电抗器的结构,工作原理及控制原理,并用Saber软件进行了仿真分析。