铁轭回路对空心电抗器电感影响的仿真与试验研究朱定锋.doc

铁轭回路对空心电抗器电感影响的仿真与试验研究朱定锋 绕组代号A相B相C相L1/mh1.1581.5221.523L2/mh1.6461.6461.643L/%-7.7764-7.5334-7.3037表2电感仿真计算结果铁轭回路对空心电抗器电感影响的仿真与试验研究朱定锋，欧丽君，谭黎军，龚筱琦，苏钟焕，谭文利（特变电工衡阳变压器有限公司，湖南衡阳421000）1引言近年来，高阻抗变压器在电网中得到越来越多的应用。 提高变压器短路阻抗的方法主要拆分绕组、高压内置以及内置限流空心电抗器。 内置限流空心电抗器(以下简称空心电抗器)具有结构简单、线性好、损耗低、噪声小等优势，但是空心绕组漏磁大，易对附近结构件造成过热等影响，需对漏磁进行有效的疏导。 增加铁轭回路，三相绕组的磁通主要通过上下轭以及旁轭形成磁回路，绕组端部的磁力线发散减小，改善空心绕组的漏磁分布以及杂散损耗，但是三相绕组与铁轭磁路耦合，三相电感值会发生变化。 空心绕组的电感可以通过经验公式计算，得到较为准确的结果；但增加铁轭回路后，空心电抗器的电感值变得复杂，经验公式无法准确的计算。 本文中笔者针对空心电抗器的铁轭回路对电感值的影响进行仿真与试验研究。 2内置串联电抗器基本参数及理论计算为了有效的研究铁轭回路对空心电抗器电感值得影响，本文采用一个实际的工程案例进行研究，空心电抗器的基本参数见表1。 利用经验公式计算出空心绕组自感L，L=1.562119mh。 3内置串联电抗器电感有限元分析运用MagNet有限元软件进行仿真计算，按以上参数建模，分别计算空心绕组在不带铁轭下的空心电感L1，带铁轭下的空心电感L2，计算模型如图1所示，计算结果见表2。 带铁轭与不带铁轭电感变化率按公式进行计算L=L1-L2L2100%。 4内置串联电抗器电感试验测量与分析4.1试验原理将空心绕组分别置于不带铁轭回路及带铁轭回路中，测量绕组电感L 1、L2。 空心电感测量试验接线图如图2所示，I s为施加的电流源，Z s为系统回路阻抗，Z x为测试绕组阻抗。 4.2试验设备试验设备有发电机、电压表、示波器、变压器综合测试平台。 4.3试验方法 （1）将空心绕组置于空气中，根据图2分别对三相绕组进行阻抗测量，施加100A、200A电流。 （2）将空心绕组置于铁轭回路中，在空气中，根据图2分别对三相绕组进行阻抗测量，施加100A、200A电流，试验数据见表3和表4；试验现场如图3所示。 绕组匝数114内径/mm395电抗高度/mm1530绕组幅向/mm99表1空心电抗器基本参数（a）不带铁轭回路（b）带铁轭回路图1有限元模型图2试验接线原理图TRANSFORMER第56卷第9期2019年9月Vol.56SeptemberNo.92019DOI:10.19487/j.ki.1001-8425.2019.09.007朱定锋、欧丽君、谭黎军等铁轭回路对空心电抗器电感影响的仿真与试验研究第9期4.4试验数据处理及分析分别计算不带铁轭回路及带铁轭回路下的空心绕组的电感L 1、L2，计算结果见表3表5；因被测量绕组阻抗较小，测量时需考虑系统阻抗对测量结果的影响，所以，选取在试品出口处测量的U2作为实测数据。 5结果对比分析通过理论计算空心绕组不带铁轭回路的电感值与仿真软件计算结果对比发现，MagNet软件计算结果与理论误差小于3%（表6），与实测数据误差小于1%（表7）；满足工程计算精度要求；在后续的产品设计中，利用该软件进行验证，使得空心电抗器的电感值设计变得简单和可靠，减小试验验证工作量。 从仿真数据（表2）来看，带轭回路与不带轭回路的空心绕组电感值变化率约为-6.9%。 通过试验实测数据表5比较，带轭回路与不带轭回路的空心绕组电感值变化率约为-7.5%。 6结束语本文使用空心绕组理论计算、MagNet有限元软件仿真以及试验验证，得到如下结论。 （1）应用MagNet对空心绕组进行仿真，其结果与理论计算值和试验实测值都能较好的吻合，在串抗设计中可利用该软件进行快速仿真，且结果准确。 （2）本文利用仿真分析以及试验测试铁轭回路对空心绕组电感值变化率，结果表明，铁轭互感对电感值变换率约6.9%7.5%。 对后续类似产品设计提供了经验数值，能快速计算出带铁轭回路串抗的电感值，缩短了产品设计周期。 （3）本文通过研究得出轭回路对空心绕组电感值变化率约6.9%7.5%，通过该结论反推，当铁轭磁密在暂态冲击电流下达到饱和，铁轭回路对空心绕组的互感将忽略不计，则带铁轭回路的饱和电抗将减小，变化率约-7.5%-6.9%；本结论仅针对本文模型，饱和电抗下降率及影响因素将在后续研究中进一步论证。 参考文献1伍志元，苏钟焕，詹小彬，等.电力变压器常用磁分路的工作原理与应用效果研究J.变压器，2018，,55 （2）24-31.2周立新,苏钟焕,詹小彬,等.立体卷铁心主磁通谐波成分理论计算与试验研究J.变压器，2018，55 （8）6-11.（a）不带铁轭回路（b）带铁轭回路（c）试验平台图3电感测量试验现场绕组代号A相B相C相U2/V509448965096I1/A102.55203.62101.66201.72105.16201.86L1/mh1.55191.46951.50301.51491.51341.5138表3不带铁轭回路空心绕组电感L1绕组代号A相B相C相U2/V541045410251105.8I1/A107.25206.48105.07200.72100.86207.53L2/mh1.60271.60321.62971.62281.60951.6228表4带轭回路空心电抗器绕组电感L2绕组代号A相B相C相I1/A100xx00xx00200L1/mh1.55191.46951.50301.51491.51341.5138L2/mh1.60271.60321.62971.62281.60951.6228L/%-3.17-8.34-7.77-6.62-5.97-6.72表5电感变化率绕组代号A相B相C相L1理论计算/mh1.5621191.5621191.562119L1仿真/mh1.5181.5221.523仿真值与理论计