筒式多包封空心電抗器的熱、磁優(yōu)化研究.pdf

1、電力系統(tǒng)對(duì)電力電抗器的性能要求主要為電感值、通流能力。電抗器優(yōu)化設(shè)計(jì)主要解決大容量電抗器性能要求與成本等因素的矛盾。本文主要從熱、電磁兩個(gè)方向推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)空心電抗器優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　為了給電抗器熱優(yōu)化做好理論準(zhǔn)備，本文第2章根據(jù)有限元法得到電抗器溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，分析了電抗器散熱過程及溫升分布特點(diǎn)。在其基礎(chǔ)上，推導(dǎo)發(fā)展了基于對(duì)流換熱過程實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的電抗器溫度場(chǎng)計(jì)算方法。為電抗器溫度場(chǎng)計(jì)算提供了一種原理清晰、計(jì)算快速、準(zhǔn)確的途徑，并為本文后

2、續(xù)與熱相關(guān)的電抗器優(yōu)化設(shè)計(jì)理念提供了理論及計(jì)算基礎(chǔ)。
　　文章第3章從包封熱負(fù)荷分配和單元熱效率提高兩個(gè)方面開展電抗器熱優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)分配優(yōu)化，第3章提出了一種使各包封遵循“等高、等熱流”的包封間熱負(fù)荷分配原則。該原則在保證各包封電流密度近似相同的前提下，使各包封向氣道的散熱熱力密度相等，使各包封具有相同的熱源條件；同時(shí)，等高的包封和等高、等寬氣道保證各氣道內(nèi)具有完全相同的流動(dòng)過程，從而保證了各包封具有相同的散熱能力?！暗雀摺⒌葻崃?/p>

3、”的熱負(fù)荷分配方法保證整個(gè)電抗器生熱、散熱能力良好匹配，使各包封導(dǎo)體具有相同的利用率，從而為后續(xù)優(yōu)化方法打下基礎(chǔ)。
　　同時(shí)，第3章提出了一種針對(duì)電抗器“包封-氣道”單元的散熱效率優(yōu)化方法。散熱效率優(yōu)化方法通過調(diào)整“包封-氣道”單元形狀比例，影響氣道內(nèi)流體速度、狀態(tài)等，以提高氣道散熱能力。在其基礎(chǔ)上縮小包封內(nèi)線圈導(dǎo)體截面，在保證線圈最大溫升不變的前提下，尋找導(dǎo)體用量與單元外形比例的關(guān)系。第3章形成了“包封-氣道”單元散熱效率優(yōu)化曲

4、線，并定義了一種散熱效率系數(shù)用以描述單元可進(jìn)一步被優(yōu)化的能力，為筒式多包封空心電抗器的設(shè)計(jì)優(yōu)化提出了一種新的方向。
　　為提高電抗器內(nèi)線匝對(duì)磁通的交鏈狀況，從電磁角度提高導(dǎo)體利用率，文章第4章依據(jù)線圈電磁效率的本質(zhì)，重構(gòu)了描述厚壁線圈電磁效率的“哈克圖”優(yōu)化曲線。文章從磁場(chǎng)能量角度證明了“哈克圖”電磁效率優(yōu)化曲線在筒式多包封并聯(lián)型空心電抗器電磁優(yōu)化方面的適用性；但同時(shí)文章從溫升角度證明“哈克圖”曲線無法直接在電抗器優(yōu)化中應(yīng)用。

5、r>　　基于前述與熱、磁相關(guān)的三種優(yōu)化方法，本文提出熱、磁聯(lián)合優(yōu)化方案。為實(shí)現(xiàn)熱、磁聯(lián)合，文章將三種優(yōu)化方法轉(zhuǎn)化為三種等式約束條件：包封等高度、等熱流密度約束條件，包封最大溫升恒定約束條件，電抗器電感守恒約束條件。通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程，獲得電抗器整體線圈導(dǎo)體用量與線圈外形比例間的關(guān)系，即形成了熱、磁聯(lián)合優(yōu)化方法，并形成“熱、磁聯(lián)合優(yōu)化曲線”，形成了集生熱、散熱、磁場(chǎng)耦合匹配耦合的綜合優(yōu)化方法及實(shí)用方法。
　　為驗(yàn)證文章各種優(yōu)化方法的準(zhǔn)