變壓器式可控電抗器損耗與溫升研究.pdf

1、CRT(變壓器式可控電抗器)是一種適用于電力系統(tǒng)超高壓輸電線路的無功補償裝置，對于維持系統(tǒng)電壓水平具有重要作用。本文以CRT的兩種代表性結(jié)構(gòu)即同心式CRT和分裂式磁集成CRT為研究對象，就CRT的短路阻抗計算、損耗計算以及溫升分布進(jìn)行了研究。
　　(1)論文首先分析了CRT的工作原理，對兩種代表性結(jié)構(gòu)從“高阻抗、弱耦合”的設(shè)計原則出發(fā)，對比分析各自的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。同心式結(jié)構(gòu)通過在控制繞組中串聯(lián)限流電感以滿足容量需要，通過控制策略可

2、以實現(xiàn)繞組之間的無耦合；分裂式磁集成結(jié)構(gòu)通過選取與鐵心磁導(dǎo)率不同的鐵磁材料組成的餅狀中間鐵心以滿足容量需要，且結(jié)構(gòu)本身已實現(xiàn)繞組之間的弱耦合，但是又引入了中間鐵心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料選型困難、制造難以實現(xiàn)等問題。據(jù)此，基于CRT的設(shè)計原則確定了兩種CRT的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并在使用相同鐵磁材料的前提下，針對分裂式結(jié)構(gòu)的中間鐵心部分特別提出了矩形結(jié)構(gòu)加氣隙的簡化設(shè)計方法。
　　(2)由于CRT運行時二次側(cè)相當(dāng)于短路狀態(tài)，所以短路阻抗是一個重要參

3、數(shù)，而短路阻抗中短路電抗占絕大部分比例。CRT的短路電抗主要有三種計算方法：自互電抗法、短路電抗法和有限元法。從原理上對三種方法進(jìn)行了分析，且分別從計算量、適用性、數(shù)值精度以及計算誤差等方面對三種方法進(jìn)行了對比分析。就計算量而言，短路電抗法最簡練，但只能計算簡化的結(jié)構(gòu)；有限元法雖然計算用時長，但適用性廣、精度高，并且在有限元模型的基礎(chǔ)上可以對損耗以及更進(jìn)一步的溫升問題進(jìn)行計算。在簡單結(jié)構(gòu)的工程計算中，雖然自互電抗法比短路電抗法更復(fù)雜，但

4、是由自互電抗矩陣可以計算得到短路電抗矩陣，反之則不行。然而在需要高精度且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的情況下，有限元法是最適宜的方法。
　　(3)損耗的計算和溫度特性的研究對CRT的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要，準(zhǔn)確計算電流是計算損耗的前提。搭建兩繞組同心式CRT實驗樣機，通過比較實驗與仿真結(jié)果，驗證了在有限元瞬態(tài)場中場路耦合計算電流的正確性。在分析有限元計算損耗原理的基礎(chǔ)上，仿真計算兩種結(jié)構(gòu)額定容量下進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)后的鐵心損耗及繞組損耗。分裂式結(jié)構(gòu)由于鐵心

5、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且用量大，鐵心損耗相對較高；而同心式結(jié)構(gòu)繞組損耗相對較大。同心式CRT為了設(shè)置限流電感所需引入的附加設(shè)備會導(dǎo)致?lián)p耗加大，并且由于鐵心損耗所占比例較低，相同容量下的兩種結(jié)構(gòu)設(shè)備本身的總損耗相差很小。
　　(4)對鐵心和繞組進(jìn)行傳熱分析，以兩種結(jié)構(gòu)的CRT作為算例，建立“電磁—熱”計算模型，將額定容量下所得的損耗作為溫度場的激勵得到各部件溫升分布情況。仿真結(jié)果表明，損耗和溫升與CRT結(jié)構(gòu)、繞組布置以及容量有著密切的關(guān)系，在改進(jìn)