變壓器式可控電抗器空載計算

王田戈，胡曉迪

(1.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000；2.中國鐵路西安局集團有限公司，陜西 寶雞 721000)

隨著超/特高壓、長距離、大容量輸電線路的建設，可控電抗器發揮著越來越重要的作用。變壓器式可控電抗器(Controllable Reactor of Transformer Type, CRT)作為一種新型可控電抗器，具有容量可連續調節、諧波電流小、響應速度快等優點，具有良好的應用前景。

對于電磁設備而言，空載損耗和空載電流不僅用來衡量設備是否符合國家標準，同時也作為設備驗收、考察的直接依據，以說明設備質量合格與電磁性能良好。因此，筆者基于有限元分析軟件，對同心式CRT的空載損耗與空載電流進行計算，希望能夠為其結構設計提供指導。

1 空載損耗與空載電流

1.1 空載損耗

CRT的空載損耗是指，當CRT在額定電壓下運行于空載狀態時，所測量出的損耗。其主要包括磁滯損耗、渦流損耗，以及附加損耗，且由于附加損耗較小，本文對其忽略不計。因此，空載損耗的計算公式如式1所示。

(1)

式1中，kh和kc分別是為CRT鐵芯的磁滯損耗系數和渦流損耗系數；Bm為交變磁場中的最大磁通密度；f為工作頻率；α是經驗系數，取值與磁通密度的范圍有關；V為鐵芯的體積。

1.2 空載電流

當CRT運行于空載狀態時，即工作繞組外加交流額定電壓，控制繞組均開路。此時，工作繞組內將流過一個很小的電流，即為空載電流。

空載電流產生交變磁動勢，同時建立起交變磁場[1]。

2 基于ANSYS的CRT場路耦合模型

為了對CRT的空載損耗和空載電流進行計算，本文采用場路耦合的有限元分析方法，并以四繞組同心式CRT為例，來進行分析。

對于四繞組同心式CRT，其具有3個控制繞組和1個工作繞組，分別由內到外依次繞在鐵芯上，其1/2結構示意圖，如圖1所示。

圖1 同心式CRT結構

假設，同心式CRT額定電壓為220V，額定電流為10A，各繞組匝數均為440匝。圖1所示CRT結構參數，如表1所示。

表1 CRT結構參數

基于有限元軟件，根據表1所示同心式CRT的結構參數，建立其有限元場域模型，如圖2所示。

圖2 CRT有限元場域模型

基于ANSYS的外電路編輯器Circuit Editor，建立CRT的外電路模型，如圖3所示。

圖3 CRT外電路模型

在有限元仿真平臺對CRT的場域模型與外電路模型進行場路耦合的聯合仿真，可得到四繞組同心式CRT的空載損耗和空載電流的計算結果。

3 CRT空載損耗和空載電流計算

有限元分析包含了前處理、計算求解、后處理三大部分[2]，在完成前處理的模型建立與剖分后，對其進行求解計算，最后在后處理查看計算結果。

如圖4所示為四繞組同心式CRT的空載損耗波形，如圖5所示為其空載電流波形。

圖4 CRT的空載損耗波形

圖5 CRT空載電流波形

當CRT空載運行進入穩態后，分別對其空載損耗波形取平均值，對空載電流去均方根值，可得到CRT空載損耗和空載電流的計算結果，如表2所示。

表2 CRT空載運行參數計算結果

4 結束語

CRT的空載計算對其結構計算至關重要。本文基于有限元軟件，以同心式CRT為例，對其空載工況下的空載電流和空載進行計算，為CRT的結構設計提供了一定的指導。