宮林平

摘 要：本文以油浸式并聯(lián)電抗器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析為出發(fā)點(diǎn)，闡述了在并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可采取的優(yōu)化措施，通過(guò)研究并聯(lián)電抗器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并在并聯(lián)電抗器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加以運(yùn)用，已經(jīng)有國(guó)內(nèi)外多臺(tái)并聯(lián)電抗器產(chǎn)品的成功投運(yùn)。在總結(jié)了這些產(chǎn)品取得的研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，使我公司的并聯(lián)電抗器技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電抗器 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 優(yōu)化措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TM472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（c）-0096-02

我公司生產(chǎn)制造電壓等級(jí)從10kV到1100kV，容量從10kvar到200Mvar的電抗器類(lèi)產(chǎn)品。從國(guó)內(nèi)電抗器產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)了認(rèn)真的驗(yàn)證和評(píng)審，保證了后續(xù)生產(chǎn)的順利實(shí)施和產(chǎn)品試驗(yàn)一次合格。通過(guò)一系列國(guó)內(nèi)電抗器項(xiàng)目產(chǎn)品的試驗(yàn)，為我公司承接出口國(guó)外大批量電抗器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定型，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電抗器的總體結(jié)構(gòu)方案都進(jìn)行了嚴(yán)格的驗(yàn)證計(jì)算，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格考慮產(chǎn)品在運(yùn)輸及運(yùn)行過(guò)程中的安全可靠性。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在保證絕緣性能長(zhǎng)期運(yùn)行可靠的情況下，電抗器類(lèi)產(chǎn)品的特點(diǎn)是振動(dòng)、噪聲和局部過(guò)熱，因此我公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性主要保證振動(dòng)、噪聲和局部過(guò)熱，下面將從上述幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1.1 鐵心結(jié)構(gòu)

鐵心結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品磁路的基本保證，同時(shí)更是保證電抗器產(chǎn)品損耗、振動(dòng)和噪聲指標(biāo)的關(guān)鍵，為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中得到更好的管控，經(jīng)過(guò)分析并聯(lián)電抗器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定了以下方案及措施。

1.1.1 厚軛結(jié)構(gòu)

鐵芯結(jié)構(gòu)采用大厚度鐵軛結(jié)構(gòu)，端部沒(méi)有大餅，器身端部磁屏蔽結(jié)構(gòu)，用鐵軛厚度來(lái)屏蔽主漏磁空道。如圖1所示，圖中鐵芯餅和線圈之間的距離為主漏磁空道，多數(shù)漏磁通在這個(gè)空道中流通。當(dāng)加厚鐵軛后，鐵軛將吸引這些漏磁通，阻止漏磁通流向別處。防止由漏磁通引起的局部過(guò)熱現(xiàn)象，并大大降低了產(chǎn)品的損耗。

1.1.2 夾緊結(jié)構(gòu)

以三相五柱式的鐵心結(jié)構(gòu)為例，包括三個(gè)鐵芯柱，兩個(gè)旁軛，上軛、下軛。鐵心的旁軛和下軛由U型夾緊裝置和M16穿心螺桿夾緊，上軛由夾件裝置和穿心螺桿進(jìn)行夾緊，其中上下軛、旁軛采用雙排穿心拉螺桿進(jìn)行夾緊。兩旁軛上端由可拆卸下的短硅鋼片疊成，當(dāng)壓緊心柱鐵芯餅時(shí)，兩旁軛上端部斷開(kāi)，使上軛僅由心柱鐵芯餅支撐，從而使壓緊力完全作用在心柱上，這種結(jié)構(gòu)也是我公司多年來(lái)的成熟結(jié)構(gòu)，在壓緊方面有豐富的成熟的經(jīng)驗(yàn)，確保鐵芯餅壓緊，減小振動(dòng)，降低噪聲。心柱由多個(gè)鐵芯餅和多個(gè)氣隙分隔組成，每個(gè)鐵芯餅在交變磁通作用下在兩個(gè)斷面產(chǎn)生磁極，鐵芯餅與餅在交變磁通流過(guò)時(shí)互相吸引和排斥產(chǎn)生振動(dòng)，硅鋼片的磁滯伸縮也要引起鐵心的振動(dòng)和噪聲，所以電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要保證磁路飽和特性，還要保證鐵心的低振動(dòng)和低噪聲。

1.1.3 鐵芯餅疊裝

鐵芯餅在專(zhuān)用的真空壓力澆注模具中進(jìn)行真空度為13Pa以下的真空壓力澆注環(huán)氧樹(shù)脂，使鐵芯餅與氣隙大理石塊牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體。精加工的專(zhuān)用澆注模具能確保鐵芯餅的制造精度，使心柱所有鐵芯餅摞迭一起后保證了彼此之間的吻合度。確保鐵心柱的壓緊，降低了電抗器振動(dòng)和噪聲，增強(qiáng)運(yùn)行的安全可靠性。同時(shí)對(duì)鐵芯餅疊裝工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高疊裝效率。

1.1.4 鐵心磁密控制

由于鐵心磁密關(guān)系到產(chǎn)品的噪聲和重量、損耗等重要性能指標(biāo)，特別是噪聲控制，經(jīng)過(guò)與其它廠家產(chǎn)品對(duì)標(biāo)后，綜合考慮將來(lái)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各供應(yīng)商產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，鐵心及鐵軛材料采用具有高導(dǎo)磁，低損耗，低噪聲的優(yōu)質(zhì)晶粒取向冷軋硅鋼片，并在滿足性能要求的前提下，選取合適的鐵心磁密進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2 器身絕緣結(jié)構(gòu)

根據(jù)多年的科研成果和已生產(chǎn)投運(yùn)電抗器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主絕緣采用薄紙板小油隙的絕緣結(jié)構(gòu)，并計(jì)算隔板的數(shù)量直接影響油隙的電氣強(qiáng)度差別，進(jìn)行優(yōu)化選取。利用引進(jìn)的計(jì)算程序精確地計(jì)算出主絕緣電場(chǎng)分布和各種的復(fù)合電場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)等場(chǎng)強(qiáng)的原則來(lái)調(diào)整絕緣結(jié)構(gòu)，確定各部位的電極曲率，絕緣覆蓋厚度，角環(huán)的放置以及特殊部位的電場(chǎng)屏蔽措施，使各處場(chǎng)強(qiáng)趨于均勻，且留有相當(dāng)?shù)脑６?，使絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，保證產(chǎn)品的絕緣可靠性。在線圈端部結(jié)構(gòu)上采用成型絕緣件，保證絕緣及其尺寸的穩(wěn)定性，以及油隙的尺寸，從而保證了油隙的電氣強(qiáng)度。保證隔板及成型絕緣件的形狀穩(wěn)定、材料的純度，避免隔板發(fā)生沿面爬電。

為使所有的漏磁通都沿著所規(guī)定的通道流通，在上下軛的夾件上安裝磁屏蔽，在線圈對(duì)應(yīng)的油箱壁上安裝磁屏蔽，其與加厚的鐵軛形成一個(gè)全方位的漏磁通通道。完全杜絕了該漏磁通進(jìn)入夾件、油箱等金屬結(jié)構(gòu)件中，消除了由漏磁通引起的局部過(guò)熱現(xiàn)象，并大大降低了損耗。

1.3 引線結(jié)構(gòu)

（1）引線首端出線結(jié)構(gòu)：以往的高電壓等級(jí)電抗器產(chǎn)品，其高壓引線一直采用出線絕緣結(jié)構(gòu)，其成本占據(jù)了一定的比例，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析不同廠家并聯(lián)電抗器的產(chǎn)品引線結(jié)構(gòu)，確定了此項(xiàng)目產(chǎn)品高壓引線采用均壓球紙漿方案，大大簡(jiǎn)化了首端出線結(jié)構(gòu)。

（2）引線出線位置：經(jīng)過(guò)對(duì)同側(cè)出線實(shí)際布局，綜合整體性能和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，最終采用兩側(cè)出線的具體因素。同側(cè)出線，中性點(diǎn)套管要在油箱側(cè)壁出線，升高座部位的振動(dòng)大，對(duì)中性點(diǎn)引線長(zhǎng)期運(yùn)行不利。

由于高壓套管的絕緣裝置設(shè)計(jì)方案是固定在本體內(nèi)運(yùn)輸，這樣節(jié)省了大量的運(yùn)輸筒的制作和運(yùn)輸量，兩側(cè)出線避免了同側(cè)出線運(yùn)輸過(guò)程中，出線絕緣一旦松動(dòng)撞擊損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

兩側(cè)出線要加平衡繞組，其重量是很少的，實(shí)際上平衡繞組不僅是為了避免穿窗造成的損耗、噪聲差異，同時(shí)對(duì)兩旁軛在疊片時(shí)造成的工藝偏差也有平衡作用。特別是國(guó)外用戶要求的油箱結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品要求的視察窗和人孔布局有特殊之處，為確保油箱整體振動(dòng)性能，中性點(diǎn)出線在另側(cè)想蓋上是非常合理的。

1.4 主、縱絕緣結(jié)構(gòu)

繞組線圈結(jié)構(gòu)采用糾結(jié)、內(nèi)屏、連續(xù)式、中部出線，各段中的匝數(shù)盡可能采用接近等匝分布，減少內(nèi)、外墊，提高導(dǎo)線的填充率。

根據(jù)雷電沖擊梯度電壓分布及雷電沖擊爬電梯度分布計(jì)算及電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果定線圈的絕緣結(jié)構(gòu)，充分保證線圈的抗沖擊能力和耐電能力，線圈匝間工作場(chǎng)強(qiáng)控制在2kV/mm以下。

線段采用優(yōu)質(zhì)的大寬度組合銅導(dǎo)線，以增大高壓線端的線匝間電容量，有效的改善線圈的沖擊電位和梯度的分布。末端采用小厚度的優(yōu)質(zhì)銅扁線制成的換位導(dǎo)線，以降低漏磁通引起的渦流損耗，避免過(guò)熱。

線圈設(shè)置橫向油道和軸向油道，確保線匝的散熱降低線圈溫升，避免過(guò)熱，由于出口項(xiàng)目產(chǎn)品的溫升要求較低，將線圈的軸向油道進(jìn)行了調(diào)整，將“之“字型的油路改為上下對(duì)齊的層間油道。

在國(guó)外重點(diǎn)項(xiàng)目方案確定時(shí)，為確保產(chǎn)品絕緣長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，在國(guó)內(nèi)電抗器產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮到套管周?chē)^緣安裝和運(yùn)輸?shù)姆奖悖坠苤行牡嚼@組和箱壁的距離充分考慮了電抗器能承受1.05～1.5倍額定電壓反復(fù)工頻過(guò)電壓無(wú)故障的要求和工頻耐受電壓試驗(yàn)要求，套管中心到繞組的距離比以往大大縮短，并且到箱壁的距離不變，調(diào)整后能夠保證此引線結(jié)構(gòu)是安全可靠的，同時(shí)也節(jié)省變壓器油，降低成本。

1.5 油箱結(jié)構(gòu)

關(guān)于油箱結(jié)構(gòu)的確定，除了要保證正壓和真空強(qiáng)度要求外，主要考慮產(chǎn)品的振動(dòng)，噪聲的傳遞控制，通過(guò)我公司多年來(lái)的油箱制造經(jīng)驗(yàn)以及與其它廠家結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲指標(biāo)對(duì)比后，采用了筒式油箱結(jié)構(gòu)，采用槽形折板加強(qiáng)鐵加強(qiáng)油箱，此結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）由于筒式油箱的箱底是一塊鐵板，在產(chǎn)品實(shí)際安裝，運(yùn)行時(shí)能與平面基礎(chǔ)有效接觸，利用基礎(chǔ)具有吸噪聲作用來(lái)減少現(xiàn)場(chǎng)噪聲；

（2）筒式油箱的布局是以器身中心對(duì)稱(chēng)的，電抗器產(chǎn)品采用對(duì)稱(chēng)布置，對(duì)振動(dòng)、噪聲的傳遞起到均衡作用；

（3）根據(jù)磁通分布，油箱內(nèi)部只在低壓側(cè)放置磁屏蔽，保證了油箱無(wú)局部過(guò)熱；

（4）油箱槽形加強(qiáng)鐵中加裝阻尼物質(zhì)，可降低產(chǎn)品振動(dòng)及噪聲。

2 其他改進(jìn)措施

2.1 整體外觀結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

將并聯(lián)電抗器上所有的儀表全部從本體上移入端子箱中，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的觀察和安裝，同時(shí)也避免了由于并聯(lián)電抗器振動(dòng)引起的儀表誤動(dòng)作。

2.2 降低本體振動(dòng)和噪聲措施

改進(jìn)鐵心夾緊力及穿心螺桿扭矩，改進(jìn)線圈壓緊力，采用常溫固化的Arldit 2014 疊裝粘合鐵芯餅，檢查餅間粘接牢固后裝配線圈。

2.3 器身固定及壓緊力改進(jìn)措施

針對(duì)國(guó)內(nèi)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程曾出現(xiàn)過(guò)的旁軛拉桿松動(dòng)，壓釘松動(dòng)，磁屏蔽扇形墊塊開(kāi)裂，壓板墊塊松動(dòng)等現(xiàn)象，在后續(xù)項(xiàng)目產(chǎn)品上都采取了螺桿鉚點(diǎn)，墊塊螺桿拔樁固定等措施，并對(duì)產(chǎn)品在持續(xù)振動(dòng)狀態(tài)下可能引起的螺栓、螺桿、接地緊固件松動(dòng)等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加強(qiáng)措施。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)發(fā)研制高電壓等級(jí)并聯(lián)電抗器，進(jìn)一步掌握了超高壓并聯(lián)電抗器的核心技術(shù)，以建設(shè)的國(guó)內(nèi)工程為依托，研制具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，技術(shù)先進(jìn)的并聯(lián)電抗器，滿足電力事業(yè)的發(fā)展需求，在保證絕緣性能和長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上，使產(chǎn)品的振動(dòng)和噪聲指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，使之既滿足實(shí)際工程產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)要求，又做到經(jīng)濟(jì)、合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 路長(zhǎng)柏.電抗器理論與計(jì)算[M].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)出版社，2009.

[2] 崔立君.特種變壓器理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1995.

[3] 謝毓城.電力變壓器手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.