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空心电抗器绕组在冲击电压下的波过程

发布时间:2021-2-18

近年来,随着国民经济的快速发展,电网负荷越来越大;同时电网中的冲击性、非线性负荷也越来越多,造成电网的电能质量越来越恶劣。为了确保电网的安全运行,各地电网公司一般都强制大的非线性用电企业增加电能质量治理设备;现阶段电能质量治理设备主要有:FC、APF、SVC及SVG。由于空心电抗器具有电感线性度好、噪音低,无油化等优点,使其在电能质量治理设备中得到广泛应用。 

随着空心电抗器用量的增加,空心电抗器的质量事故也时常发生,在空心电抗器质量事故中,由电抗器的匝间绝缘击穿导致电抗器烧毁的占绝大部分,究其原因除产品工艺存在一定的问题外,雷电造成产品匝间绝缘击穿也占一定的比例。


本文通过对空心电抗器绕组波过程的电压起始分布、稳态分布及震荡过程中的电压分布的研究,确定过电压的幅值和部位,以便寻求合理的保护措施。


2.空心电抗器的结构示意图



3.冲击电压的起始分布

通过干式空心电抗器结构分析可以看出,电抗器的匝间、层间及绕组与包封内外径的两个表面之间均有分布电容存在,更具其结构绘制的等值电路如图所示。



在工频电压作用下,杂散电容所表现出来的阻抗远远大于绕组的感抗和电阻,这时起主导作用的是电感,电容可以忽略不计。但在冲击波的作用下,由于冲击波的波头跳变过程无线短,相当于瞬间频率无限大,这时等值电路内的感抗值将大大超过相应的杂散电容的感抗值,因此等值电路图可以简化成电抗和电阻相当于开路状态。

4.空心电抗器绕组的稳态分布

相对冲击波的波头而言,冲击波的波尾部分变化比较缓慢,达到稳定值的直角波实际上是一个直流电压,这时起主导作用的僵尸绕组的电阻,电压沿绕组的分布就只由绕组的电阻决定,分布曲线如图4。



5.空心电抗器绕组震荡过程中的电压分布

在直角波波头作用之后,随着时间的推移电感与互感开始起作用,在绕组内形成震荡的过渡过程,即暂态过程。只要已知电容的初始电压与最终电压,便可预计电容上电压的变化。


6.改善电抗器绕组中起始电压分布的措施

由于电抗器绕组的暂态过程与作用,电压沿绕组的初始分布和最终分布有关。若初始分布与最终分布接近,则绕组内部过程的电压波动必然药效,这可以减轻绕组匝间绝缘与层间绝缘的负担。造成绕组的初始电压分布与最终电压分布不同的主要原因在于绕组表面存在对地分布电容,流经这些电容电流造成电压沿轴向分布不均匀。对于超高压类产品或应用于特殊场合下的产品,改善绕组的初始分布,使之尽可能接近最终分布是具有现实意义的。



改善绕组初始分布的方法是绕组的尾部,必要时也可以在中部加均压环,均压环与星架电气连接。威力防止出现闭合回路均压环上具有开口,如图6所示。均压环的工作原理是与绕组的表面形成新的分布电容,在初始直角波波头的作用下,产生流过均压环与绕组表面分布电容的补偿电流。当补偿电流能够与绕组对地分布电容电流相抵消时,绕组内部电压分布必然均匀。有均压环对绕组提供的补偿电流与绕组对地的杂散电容电流很难完全相等,而且与均压环的具体结构尺寸有关。为了使得电压的初始分布更接近稳态分布,有时采用多个均压环进行补偿。


需要注意的是:设计均压环时,应对空心电抗器绕组的初始分布进行分析。盲目的安装均压环可能造成绕组的首端过补偿,使得绕组内部出现较大的梯度电压,影响产品的品质。


上海豫程电气有限公司(http://www.yucheng-sh.com)是一家集电抗器, 高压电抗器,高压空心电抗器, 输入输出电抗器,输入输出滤波器产品研发、制造、销售、服务为一体的高科技企业。我公司专业生产各种型号的高低压电抗器及变频器周边配套产品。

高压电抗器种类:干式空心串联电抗器、干式空心限流电抗器、干式空心滤波电抗器、干式铁心串联电抗器、干式铁心起动电抗器

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空心电抗器绕组在冲击电压下的波过程

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