干式鐵芯串聯電抗器設計要點

楊成潤

摘 要：在我國電氣設計的過程中，電抗器由于其明顯的優勢已經越來越多地被應用，并且在電氣應用中取得了較好的效果。但是在實際的電抗器應用過程中還是會存在一定的問題，這些問題的存在能夠對電網的安全運行以及穩定運行造成一定的負面影響。本文主要針對干式鐵芯串聯形式的電抗器的設計進行相應的分析，對運行問題給出具體的設計改進思路，提升電抗器的設計能力以及應用效果。

關鍵詞：干式鐵芯串聯；電抗器；設計要點；噪聲；溫升

中圖分類號：TM47 文獻標志碼：A

0 概述

在電抗器運行的過程，會由于設計問題造成一定的運行故障，主要的問題有4個，首先是電抗器的繞組損壞，其次是電抗器的匝間短路，再次是電抗器的運行噪聲問題，最后是電抗器溫升超標。我們在電抗器使用的過程中，為了避免應用故障的發生，針對應用過程中出現的問題，進行了有針對性的設計改進和完善。我們只有在電抗器設計的過程中選擇合理安全的電抗率以及電流密度，同時還要對鐵芯的磁通密度以及設備散熱面積等設計指標進行細致的了解和研究，才能夠保證設計出來的電抗器在應用的過程中，有良好的效果，不會出現更多的應用故障。希望通過本文的分析能夠對電抗器的設計思路以及制造方法有一定的幫助。

1 在電抗器設計的過程中電抗率的正確選擇

1.1 電抗率選擇過程中的電抗器的有效配置

作為電抗器設計過程中的重要參數，我們在電抗器設計的過程中要對電抗率進行正確的選擇。電抗率的正確選擇能夠直接影響電抗器串聯過程中的電抗值的實際大小。因此我們在實際的設計過程中要對電抗器的選擇非常重視。因此我們在設計的設計選型過程中，要針對電抗率方面的問題進行認真的分析，我們要從以下幾個方面進行分析，首先是要對電網中的諧波實際情況進行了解和勘察，其次我們要清楚電抗器應用環境周邊是否具有較為大型的電網整流設備，因為大型的整流設備在應用的過程中會對電抗器的應用有很大的諧波干擾。我們在選擇電抗率的過程中，主要的參考依據就是諧波的具體含量。根據一般的設計要求，我們在三次諧波的位置設計12%左右的電抗器配置，五次及以上的諧波的位置要設計4.5%左右的電抗器配置。需要注意的一點是，我們在進行電抗器配置的過程中，要認真地計算，電抗器的應用是否能夠產生諧波放大的問題，如果出現了諧波放大的問題，我們就要第一時間改變電抗器的電抗率，選擇正確的電抗率參數進行電抗器的匹配。

1.2 電抗率選擇對的過程中電抗率同電抗值應該滿足的主要條件

在電抗率選擇的過程中，針對串聯形式的電抗器而言，我們在選擇電抗率同電抗值之間關系的過程中要滿足3個條件，首先是主諧波應該在頻率以下的情況下，電抗值小于主諧波的實際容抗值；其次我們要保證在電抗器運行的過程中，無論出現任何情況都不能夠出現支路諧波以及諧振的情況；最后是我們要保證無論任何情況下，電抗器的運行都不能夠出現主回路以及支路的諧波諧振問題。只有保證了上述的3個條件，才能夠保證在電抗器設計的過程中，電抗率同電抗值之間形成一個有效的合理空間。

2 在電抗器設計的過程中針對溫升問題的設計

2.1 在電抗器設計的過程中繞組溫升的具體設計

在設計干式鐵芯電抗器的過程中，我們要對溫升問題給予高度的關注和重視。通常情況下，電抗器在電流超出額定工作電流1.35倍的時候還是能夠保證正常的工作狀態，電抗器的設計絕緣等級設定在F級之上，在溫升設計的過程中我們要參考相關的條款中的規定要求進行設計。當電抗器在F級絕緣等級的條件下，溫升范圍能夠達到90K，電抗器的應用溫度不能夠超出155℃。根據以往的設計經驗分析，繞組的應用溫升越高，就會導致電抗器的應用熱點溫度越高，因此我們在進行繞組溫升設計的過程中要保留設計裕度，來滿足電抗器的繞組溫升要求。

為了有效地保證繞組溫升在正常的范圍以內，我們在導線的選擇上，要采取寬截面，小線厚的導線，這樣能夠有效地保證電抗器的繞組，有效地減少渦流的有效損耗，這樣能夠有效地降低繞組的溫升，尤其是端部的溫升。同時我們在繞組溫升設計的過程中，針對容量較大的電抗器，我們要在每一個線圈的中間設置包封間，通過這樣的方式來保證散熱面積的增大，這樣也能夠有效地降低繞組的溫度上升。繞組的溫升不僅得到有效的控制還能夠有效的保證電抗器的使用壽命，能夠對整個應用系統的穩定、安全運行有非常大的幫助。

2.2 在電抗器設計的過程中鐵芯溫升的具體設計

在鐵芯串聯電抗器設計的過程中，鐵芯的溫升設計非常的關鍵和重要，鐵芯在電抗器的應用過程中，作用非常明顯，能夠通過鐵芯中的磁通效應來有效地控制磁滯損耗以及控制渦流損耗。因此如果我們在設計的過程中，沒有針對鐵芯溫升進行設計完善，就會導致鐵芯的溫升過高。目前在鐵芯串聯形式的電抗器設計的過程中，應用的鐵芯材料主要為環氧板，其絕緣等級也要保證為F級。當鐵芯出現溫升過高的問題，就會導致同鐵芯相連的鐵芯出現絕緣性能低下并且老化的情況，這樣能夠在很大程度上提升鐵芯的溫升，一旦鐵芯溫升出現異常，就會導致電抗器在應用的過程中出現異常噪聲，這樣的情況，嚴重地影響了電抗器的正常使用，同時對電抗器的使用壽命也有非常大的干擾。除了上面闡述的鐵芯材質之外，硅鋼片材質的鐵芯也非常的常用，這種材質的鐵芯通常會根據硅鋼片的型號的不同出現不同的溫升情況，因此我們在電抗器設計的過程中要針對這一問題進行實際的分析和材質選擇。

2.3 在電抗器設計的過程中夾件溫升的具體設計

為降低夾件溫升，可采取以下措施：①與夾件離線圈距離近的部分零件采用無磁鋼，鐵芯周圍夾緊鐵芯的拉桿均采用無磁鋼材質；②夾件與鐵芯接觸位置采用已開孔或開槽的材質，便于鐵芯散熱。上述方式主要防止了鐵芯及夾件局部溫度過高，加速絕緣材料的老化，從而影響產品的正常使用。

3 在電抗器設計的過程中氣隙的設計內容

鐵芯電抗器噪聲主要來源于硅鋼片的磁滯伸縮和片間震動，由于鐵芯餅之間存在交變磁場吸引力，使得鐵芯電抗器與同容量變壓器相比噪聲要大10dB以上。在一定范圍內，每降低0.1T磁通密度，可降低噪聲2dB。在設計串聯鐵芯電抗器時，一般設計磁密應不高于1T，主磁通密度則低于0.9T為佳。產品經國家變壓器質檢中心檢驗，試驗結果表明，其噪聲有明顯的降低，說明該方案可行。

結語

在電抗器設計的過程中，尤其是干式鐵芯串聯形式的電抗器設計的過程中，我們要有針對性地進行設計和選擇。在電抗器設計的過程中我們要對應用過程中常常出現的問題進行分析和總結，通過總結來進行相應設計 方面的改進和完善。同時需要注意的一點是，除了電抗器的設計之外，電抗器的生產也是一個非常重要的環節，尤其是鐵芯形式的電抗器的生產制造和生產工藝，直接影響電抗器的生產質量以及應用效果。因此為了更加有效的保證電抗器的應用效果，我們在實際的電抗器設計過程中要結合實際情況進行有針對性的設計，從設計方案、工藝方案以及制造方案等多個角度來綜合分析，只有這樣才能夠保證電抗器的使用效果，才能夠保證電抗器的設計技術得到更加有效的提升和完善。

參考文獻

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