舒平

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自我國開展高壓直流輸電工程的建設以來，我國現(xiàn)已建成多個高壓直流輸電線路并投入使用，其中換流閥是其線路中的核心器件，它的可靠程度直接關(guān)系著整條線路是否能夠安全的運行[1]。飽和電抗器作為其中的關(guān)鍵組件，對于整條線路的安全使用具有和重大的意義，其內(nèi)部的鐵心在工作時會產(chǎn)生熱量的損耗，換流閥一次設備接頭在工作時公式也會發(fā)生過熱的情況，這二者直接影響著換流閥能否正常且安全的工作與運行。同時，飽和電抗器在進行工作的時候會產(chǎn)生熱量的損耗，從而直接導致了設備溫度的升高，這為設備的正常運轉(zhuǎn)與工作埋下了安全隱患。

換流閥內(nèi)一次設備接頭包含多種接頭，例如進出線接頭、閥層之間的接頭等，各類接頭在高電流狀態(tài)下工作均有發(fā)生過熱情況的可能性，尤其是其中的電阻器出線接頭，雖然其發(fā)生過熱情況的占比不是很多，但由于工作時所需要的接頭較多，因此常會出現(xiàn)電抗器接頭發(fā)熱的情況，因此對其發(fā)熱的原因進行分析，并從中總結(jié)出相應的防護經(jīng)驗、處理方法，對換流閥的安全運行來說是十分重要的。因此，應飽和電抗器的設計方案、工藝處理、運行維護等方面做出調(diào)整與改良，以使得飽和電抗器能夠安全、穩(wěn)定的運行與使用。

1 高壓直流輸電用電抗器介紹

飽和電抗器是換流閥的核心器件，其功能是減小晶閘管開啟時的電流與時間的導數(shù)以及在沖擊電壓下晶閘管上所受到的力，以使晶閘管能夠保持安全、穩(wěn)定的運行，并且其可以作為阻尼電路的補充，以切實的使得晶閘管上的電壓能夠保持均勻分布。一個完整的飽和電阻器其主要的組成部件是鐵心以及線圈。

光控的換流閥飽和電抗器通常采用敞開式設計方案。線圈以鋁管環(huán)繞而成，空心的管道腔體形成冷卻回路，常分成兩組。以網(wǎng)格板固定線圈，并以絕緣液體進行澆注，從而確保其導熱性及絕緣性。每個電抗器擁有兩個鐵心，二者的對接處是氣體縫隙，中間放置散熱器，以保證鐵心不會處于高溫狀態(tài)。同時以固定器械將鐵心固定好，并暴露于空氣中。

2 電抗器接頭發(fā)熱問題分析

2.1 電抗器損耗

飽和電抗器的損耗總體上來說，是由兩部分構(gòu)成的，這兩部分為：帶負載運行時的損耗以及不帶負載運行時的損耗。其中前者在飽和電抗器在運行時所產(chǎn)生的損耗中占比較高，其損耗由線圈的阻抗及電流強度決定，常用水冷進行散熱；后者是鐵心所產(chǎn)生的損耗，因其不具有水冷系統(tǒng)，因此其散熱途徑僅限于熱傳導和熱輻射，這也是造成電抗器整體過熱的主因。電抗器利用線圈接頭與晶閘管級連接，由于該處的載流密度較強，十分容易造成溫度過高，這使得該設備在進行工作時安全系數(shù)大大下降、存在著一定程度的隱患。下面就接頭發(fā)生過熱的現(xiàn)象對其原因及影響因素進行合理溯源與分析[2]。

2.2 接頭發(fā)熱原因分析

設備會發(fā)生過熱的原因是因為電流流過導體時，所產(chǎn)生的能量損耗，逸散出來并表現(xiàn)為熱量的形式。其數(shù)值大小可以焦耳定律進行計算：

同時導體的溫度是受多種因素共同作用的結(jié)果。通過導體的電流密度、導體阻抗、周圍環(huán)境溫度、導體表面積、空氣流速等都會對其造成影響。伴隨著其溫度的上升，其表面溫度與環(huán)境溫度就會產(chǎn)生差值，且差值會隨著時間的上升逐漸增大，這也會使得導體的散熱速度增加，當其因?qū)щ姸a(chǎn)生的熱量與逸散的熱量大致相等時，就會處于一個較為均衡的狀態(tài)，從而使得其體表溫度恒定在某一個定值或某個區(qū)間內(nèi)。

換流閥其內(nèi)部各塔呈對稱結(jié)構(gòu)，其頂、底部都設置有空調(diào)的出口，并保持出風量一致，同時塔的電氣結(jié)構(gòu)上也保持一致，因此造成接頭發(fā)熱程度不同的主因是有載流導體的發(fā)熱差異所造成的。

2.3 接觸電阻大小的影響因素分析

接頭電連接外表的構(gòu)造是不平整的，其峰谷的形態(tài)、參數(shù)等與加工時的工藝相關(guān)聯(lián)。電連接接觸的實質(zhì)是通過接觸面不平整的點在外界力的作用下形成的不規(guī)則的點接觸，形成α斑點，其實際所形成的接觸面積較標準面積而言偏小。其所形成的阻抗為所有實質(zhì)發(fā)生接觸點的電阻的并聯(lián)值，各接觸點的電阻為：

其中分母部分為材料電阻率；a為α接觸點的半徑。

由以上的式子可以看到，接觸電阻的大小是由多種因素綜合得出的，而非是由單一因素決定，所形成的斑點也就越多，接觸電阻就越小。

2.3.1 接觸材料電阻率

有一般的工程知識課得知，電力系統(tǒng)里面常以銅或者鋁作為大載流材料，其中銅的電阻率較鋁而言更小，銅材料約為鋁材料電阻率的三分之二。在開展實質(zhì)的工程時，由于接頭表面會因與氧氣接觸而發(fā)生氧化，從而導致其電阻率上升，所以常在接頭上涂抹導電膏以延緩其氧化作用。

2.3.2 α斑點半徑

經(jīng)過實際的測量與檢驗科得知，α斑點的半徑和接頭之間壓力的大小直接相關(guān)，經(jīng)過實際的測量與計算得知，接觸電阻與總的壓力成反比。在實際工作的過程中，由于電抗器會產(chǎn)生振動，偶爾會導致其壓力降低，為應對該種情況，常要用到特殊的手段對其進行防松處理。

2.3.3 α斑點數(shù)

為了滿足工程的需要，應盡量將接頭處的接觸材料處理至平整狀態(tài)，同時由于其表面涂抹有導電膏，其內(nèi)部含有的導電微粒填充于二者的縫隙之中，有效的增大了斑點數(shù)目與半徑，從而增大其接觸面積。

2.3.4 接觸面積

除去微觀上的減小接觸電阻的手段，在整體上可以修改接頭形狀的手段來增加其斑點數(shù)目并增大其接觸面積，以使其接觸面積增大，從而達成降低接觸電阻的效果。

3 改進方案

3.1 針對光控電阻器的改進措施

3.1.1 更改飽和電抗器設計方案

對其飽和電抗器的設計方案進行改良與改善，使其更為科學與合理。可以通過去除設備中的光控電阻器中的二次阻尼電阻以減小其發(fā)生溫度過高情況的可能性，同時選擇使用電阻器鐵心阻尼以保證電抗器上的電流過零；在電抗器上加設散熱器，將原有的水路變更為串聯(lián)水路，以使水冷優(yōu)先流過鐵心散熱器再流過線圈，從而確保電抗器能夠切實的實現(xiàn)溫度的降低，有效使得電抗器保持在一個合適的溫度內(nèi)[3]。

3.1.2 接頭的處理工藝改良

接頭處的發(fā)熱是一個很嚴重的問題，因此對其進行處理工藝改良就顯得尤為重要?？烧{(diào)節(jié)接觸壓力、改善其接頭的處理工藝、降低其接觸點的電阻以使接頭處的發(fā)熱情況不那么嚴重。

3.1.3 接頭處載流密度優(yōu)化

過高的載流密度也是造成設備溫度升高的一個重要原因。為避免以上問題的發(fā)生，可增大電抗器端子排的厚度及其面積，并在其與外部組件接頭處，采用五毫米厚度的C型夾固定，從而增強其接頭處的電流流通的能力，降低其接頭處的載流面積，降低該處的接觸電阻。

3.2 新方案

對光控飽和電抗器的設計方案進行改良與改善，使其更為科學與合理。去除設備中的光控電阻器中的二次阻尼電阻以減小其發(fā)生溫度過高情況的可能性，同時選擇使用電阻器鐵心阻尼以保證電抗器上的電流過零；在電抗器上加設散熱器，將原有的水路變更為串聯(lián)水路；調(diào)節(jié)接觸壓力、改善其接頭的處理工藝、降低其接觸點的電阻；增大電抗器端子排的厚度及其面積，并在其與外部組件接頭處，采用C型夾固定，增強接頭處的電流流通的能力，降低載流面積，降低接觸電阻。

4 結(jié)語

飽和電抗器作為其中的關(guān)鍵組件，對于整條線路的安全使用具有和重大的意義，其內(nèi)部的鐵心在工作時會產(chǎn)生熱量的損耗，換流閥一次設備接頭在工作時公式也會發(fā)生過熱的情況，這二者直接影響著換流閥能否正常且安全的工作與運行。電抗器利用線圈接頭與晶閘管級連接，由于該處的載流密度較強，十分容易造成溫度過高，這使得該設備在進行工作時安全系數(shù)大大下降、存在著一定程度的隱患。本文以接觸電阻的角度來分析，確定了導致飽和電抗器其接頭過熱的因素，融合了光控與電控換流閥的飽和電抗器的設計，綜合提出了其具體的改進方案，最后所獲得的結(jié)論如下。

（1）影響飽和電阻器接頭的接觸電阻的主要原因有材料的電導率、α斑點半徑、斑點數(shù)。

（2）其改良措施為在鐵心處加設散熱器，并科學合理改善水路的結(jié)構(gòu)，改良接頭處的工藝并通過增大面積的方法優(yōu)化接頭處的載流密度。

（3）經(jīng)過實際的測試結(jié)果來看，以上的方法與手段可以有效改善接頭過熱的情況。