[发明专利]一种电抗器机械性能设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统器件设计领域，尤其涉及一种电抗器机械性能设计方法。

背景技术

直流输电换流阀用饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的重要部件之一。它由铁芯和绕组组成，利用铁芯材质的饱和特性获得电气参数的饱和特点。饱和电抗器的机械性能设计是一个约束因素众多，且有时会相互矛盾的设计过程，因此设计过程需要考虑多方面的约束。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电抗器机械性能设计方法。饱和电抗器的机械性能设计应考虑以下几个方面：材料选择、电动力分析、整体结构、悬吊安装及支撑、连接环节及外观、防火设计、抗震设计等。

本发明提出了一种电抗器机械性能设计方法，包括以下步骤：材料选择、电动力分析、整体结构、悬吊安装及支撑、连接环节、防火设计和抗震设计共7部分，7部分的设计互有交叉，按照每一个部分得到电抗器的设计结果后，需要校核其他部分是否满足，只要有一项不满足，则需要重新设计，直到7部分性能都满足为止；

饱和电抗器机械性能设计的输入参数为其电气性能参数、热力性能参数，设计输出参数即材料选型、结构型式，机械性能设计的结果应满足电气性能、热力性能，另外还需确保美观性、悬吊安装的便捷性、防火性能以及抗震性

(1)材料选择

饱和电抗器中主要部分包括线圈、铁心、绝缘介质、水管，根据各部分的功能不同分别进行选材；

线圈采用中空形式，中空部分流过冷却液辅助散热，故兼顾饱和电抗器长期工作的可靠性，还需要考虑线圈材料的耐腐蚀特性，兼顾其导电特性和耐腐蚀特性，最终选择线圈的材质；

铁心的材质在满足电气特性的基础上，还需兼顾易加工、强度高、耐温 高、经济性；

对于绝缘介质而言，它需经受电气性能中的雷电冲击、陡波冲击的考核，从材料选择角度看，绝缘介质应在满足电气特性的基础上，需兼顾其易加工、强度高、耐温高、经济性；

对于水管而言，一类是为线圈散热，也即电气性能参数中的欧姆损耗，一类是为铁心散热，也即电气性能参数中的铁心损耗；第一类是由线圈兼顾，即冷却液流经中空的线圈，提供散热条件；第二类水管则是单独的管路，由于是为铁心散热，故完整的管路材质不能全部选择金属，而应选择金属和塑料材质两种；金属材质的选择同线圈的选择原则，所不同的地方则是因为无需流经电流，故仅需考虑耐腐蚀特性；塑料材质的选择需要兼顾耐腐蚀特性、易加工、易弯折、耐温高的特点；

(2)电动力分析

饱和电抗器承受最强烈的机械载荷是在其承受3周波故障电流时，也即电气性能参数中的故障电流强度，所承受的电动力强度冲击，所承受电动力最大值按照f＝BIL计算，其中B为饱和电抗器线圈及铁心处的磁感应强度，可以通过有限元方法求解得到，I为3周波故障电流的峰值，L为饱和电抗器线圈及铁心的等效长度，根据电动力的计算结果，将其作为输入通过有限元方法分析饱和电抗器在此载荷下的位移，如果位移在允许的范围内，并且整体结构未受到破坏，那么饱和电抗器的机械性能设计通过此项性能的考核；如果不满足，那么需要重新设计饱和电抗器的机械特性；

(3)饱和电抗器的整体结构

饱和电抗器的整体结构的设计主要考虑线圈与铁心的装配形式，以及散热水路的设置及装配形式，另外还需考虑是否需要外壳进行封装，以及线圈的出线方式，线圈与铁心的装配形式有心式和壳式两种，两种结构的选取与饱和电抗器的电气性能参数有关，饱和电抗器参数中的空心电感占其不饱和电感百分比较大时，可以优先选择壳式结构；较小时，可以优先选择心式结构，散热水路的设置受饱和电抗器电气性能参数中的损耗影响最大，铁心损耗占欧姆损耗百分比较大时，可考虑为铁心单独设置散热水路；较小时，可以只保留线圈的水路，另外也受制于其流量压差特性。外壳的封装需要兼顾饱和电抗器的额定电流大小、重量限制、铁心的工作点、损耗量值、噪声和振动，上述各因素与电抗器的电气参数、热力参数紧密有关，同时又相互制约，因此需结合实际的量值优化确定电抗器的结构；

(4)悬吊安装及支撑

悬吊安装及支撑部分属于饱和电抗器结构中的附属部分，由于饱和电抗器在直流换流阀中不是一个孤立器件，而是与众多元器件共同装配连接发挥作用，同时它在换流阀中作为单个元器件而言也是比较重的，因此悬吊安装及支撑也是其中重要的部分；

悬吊部分考虑到饱和电抗器的重量分布，选择2点或者4点，如果重量超过一定门槛所述门槛值为200Kg～400Kg，那么优先选择4点，否则优先选择2点，悬吊点的选择应考虑到饱和电抗器中能够承重的部位，优先选择绝缘部分以及线圈，尽量避免直接悬吊铁心；