【抢鲜阅读】华北电力大学韩释瑶，崔翔，侯彦明，等：环型空心电抗器瞬态电压分布特性的分析

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发表时间：2022-03-25

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环型空心电抗器瞬态电压分布特性的分析 / 韩释瑶，崔翔，侯彦明，齐磊，张升.

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研究内容

随着海上风电特别是远海风电的深度开发，对海上升压站/换流站的需求也越来越大。而柱型空心电抗器的工作磁场呈开放式，需要与其他设备保持较大的磁净距，限制了海上升压站/换流站的紧凑化设计。本团队建议采用环型空心电抗器代替柱型空心电抗器，大幅减小磁净距，以解决柱型空心电抗器线圈外部的磁场问题。目前，国内外尚无高压大容量环型空心电抗器产品，对其特性的认知和设计方法也罕见报道。本团队建立了环型空心电抗器的宽频等效电路模型，研究了环型空心电抗器的瞬态电压分布特性，制作了一台实验用低压小容量环型空心电抗器，通过实验检验了宽频等效电路模型和瞬态电压分布特性的有效性。最后讨论了环型空心电抗器结构参数对瞬态电压最大值的影响，提出了提升绝缘性能的基本措施。

图1 柱型空心电抗器与环型空心电抗器磁场对比

环型空心电抗器由饼式线圈环型均匀排列构成，从绝缘的角度考虑，应使电抗器两个端子之间的距离尽可能远，因此把电抗器分为两个半环形再并联起来，两个并联的半环形部分线圈的绕向应保证内部磁场方向一致。每一个半环形部分由 m /2个线圈组串联构成，每个线圈组由 n 个饼式线圈并联组成，总的饼式线圈个数为 mn 。本文建立了环型空心电抗器在两种尺度下的宽频等效电路模型：以线匝为单元的单个线圈模型、以线圈为单元的电抗器整机的模型。

图2 环型空心电抗器结构和接线示意图

图3 以线圈为单元的电抗器整机宽频等效电路模型

本文所研究的环型空心电抗器在1.2/50μs雷电冲击电压作用下的瞬态电压分布特点为：

1）节点对地电压和饼间电压均存在频率相近的振荡；

2）末端浮地时，节点对地电压峰值从首端至末端逐渐升高，最大值发生在电抗器线圈末端，为1.765 p.u.，但此时的饼间电压峰值较低；

3）末端接地时，节点对地电压从首端至末端逐渐降低，不会超过首端峰值，但此时饼间电压峰值较高，最大值发生在第一个线圈两端，为0.109 p.u.，该饼最大匝间电压发生在第5、6匝之间，为7.88×10 -3p.u.；

4）从实验结果来看，末端接地和浮地两种情况的饼间电压峰分布规律一致，即电抗器线圈中部饼间电压低于两端饼间电压，首端附近的饼间电压最高；但末端接地时饼间电压为单极性，而末端浮地为双极性。

图4 部分瞬态电压的测量波形

图5 瞬态电压沿电抗器环向分布情况

后续研究方向或讨论话题

环型空心电抗器在不同的应用场景之下会遇到各种不同的瞬态电压类型，后续将结合具体工况，应用本文建立的宽频等效电路模型，研究更多情况下的电压分布特性。此外，还将在损耗、温升、应力等多物理场方面开展研究。

参文格式

王赞基. 电力变压器线圈内暂态电压计算[M]. 北京：科学出版社，2021.

梁贵书，张喜乐，王晓晖，等．特快速暂态过电压下变压器绕组高频电路模型的研究[J]．中国电机工程学报，2006(04)：144-148．

Liu C，Qi L，Cui X， et al．Wideband Mechanism Model and Parameter Extracting for High-Power High-Voltage High-Frequency Transformers[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31(5)：3444–3455．

团队介绍

团队隶属新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），学术带头人为崔翔教授。团队先后参加了我国三峡500kV输变电技术、±500kV直流输电技术自主化、特高压交流输电技术、特高压直流输电技术、特高压换流阀研制、柔性直流换流阀研制、高压直流断路器研制、高压大功率电力电子器件研制等重大科技项目，先后获得国家科学技术进步奖特等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项、国家科学技术进步奖二等奖1项、省部级科学技术进步奖一等奖8项。

作者介绍