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)化設計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、電磁兩個方向推導實現(xiàn)空心電抗器優(yōu)化設計。
　　為了給電抗器熱優(yōu)化做好理論準備，本文第2章根據(jù)有限元法得到電抗器溫度場計算結果，分析了電抗器散熱過程及溫升分布特點。在其基礎上，推導發(fā)展了基于對流換熱過程實驗關聯(lián)式的電抗器溫度場計算方法。為電抗器溫度場計算提供了一種原理清晰、計算快速、準確的途徑，并為本文后

2、續(xù)與熱相關的電抗器優(yōu)化設計理念提供了理論及計算基礎。
　　文章第3章從包封熱負荷分配和單元熱效率提高兩個方面開展電抗器熱優(yōu)化。為實現(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，等高的包封和等高、等寬氣道保證各氣道內具有完全相同的流動過程，從而保證了各包封具有相同的散熱能力?！暗雀?、等熱流

3、”的熱負荷分配方法保證整個電抗器生熱、散熱能力良好匹配，使各包封導體具有相同的利用率，從而為后續(xù)優(yōu)化方法打下基礎。
　　同時，第3章提出了一種針對電抗器“包封-氣道”單元的散熱效率優(yōu)化方法。散熱效率優(yōu)化方法通過調整“包封-氣道”單元形狀比例，影響氣道內流體速度、狀態(tài)等，以提高氣道散熱能力。在其基礎上縮小包封內線圈導體截面，在保證線圈最大溫升不變的前提下，尋找導體用量與單元外形比例的關系。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)用以描述單元可進一步被優(yōu)化的能力，為筒式多包封空心電抗器的設計優(yōu)化提出了一種新的方向。
　　為提高電抗器內線匝對磁通的交鏈狀況，從電磁角度提高導體利用率，文章第4章依據(jù)線圈電磁效率的本質，重構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)化中應用。

5、r>　　基于前述與熱、磁相關的三種優(yōu)化方法，本文提出熱、磁聯(lián)合優(yōu)化方案。為實現(xiàn)熱、磁聯(lián)合，文章將三種優(yōu)化方法轉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。通過構建結構方程，獲得電抗器整體線圈導體用量與線圈外形比例間的關系，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、磁場耦合匹配耦合的綜合優(yōu)化方法及實用方法。
　　為驗證文章各種優(yōu)化方法的準