分析干式鐵心并聯(lián)電抗器氣隙分布對損耗的影響

石國棟

（國網(wǎng)山東省電力公司冠縣供電公司，山東 聊城 252500）

為了能夠在根本上避免電力系統(tǒng)發(fā)生電壓升高的現(xiàn)象，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性，保證城市電網(wǎng)的供電質(zhì)量，就需要對其所產(chǎn)生的損耗進(jìn)行控制。但是，傳統(tǒng)的方式已經(jīng)不能滿足工作的需求，加之城市人口數(shù)量眾多，具有更加嚴(yán)格的防火要求，使得無污染、無油化、小型的設(shè)備成為城市電網(wǎng)發(fā)展的基本要求，而干式鐵心并聯(lián)電抗器恰恰具有體積小、漏磁小、損耗低、阻燃防爆的優(yōu)勢，從而廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)改造之中。

1 干式鐵心并聯(lián)電抗器氣隙的價值分析

在實(shí)際應(yīng)用的過程中，鐵磁介質(zhì)有著較高的導(dǎo)磁率，同時其具有非線性的磁化曲線，所以必須保證干式鐵心并聯(lián)電抗器具有氣隙。在這一基礎(chǔ)上，基本上所有帶氣隙的鐵磁其特征都具有明顯的線性特征，從而保證干式鐵心并聯(lián)電抗器在1.8倍的運(yùn)行中，其工頻能夠呈現(xiàn)出更加穩(wěn)定的狀態(tài)。就鐵心電抗器而言，其磁通分為漏磁通、主磁通兩部分，其中漏磁通一部分流過線圈占據(jù)一定的空間，同時與線圈的匝數(shù)逐次相交鏈；另外一部分則是鐵心外徑、流過線圈內(nèi)徑之間的空間，與線圈的匝數(shù)全部相交鏈。在其運(yùn)行期間，主要就是充分發(fā)揮主磁路氣隙的作用，對電抗進(jìn)行合理、有效的調(diào)節(jié)，而干式鐵心并聯(lián)電抗器的實(shí)際效果與氣隙的大小有著直接的關(guān)系，在磁通流過氣隙時就會產(chǎn)生衍射的現(xiàn)象。

2 干式鐵心并聯(lián)電抗器運(yùn)行中所產(chǎn)生的損耗

在干式鐵心并聯(lián)電抗器中，其損耗主要來自于三部分：線圈所產(chǎn)生的損耗（線損）、鐵心所產(chǎn)生的損耗（鐵損）、結(jié)構(gòu)件漏磁所產(chǎn)生的損耗等（雜散損耗）。具體而言，干式鐵心并聯(lián)電抗器在運(yùn)行中所產(chǎn)生的損耗包括：（1）線損。在干式鐵心并聯(lián)電抗器的運(yùn)行中，線圈損耗包括直流電阻損耗、附加損耗等，其中直流電阻損耗主要是由于導(dǎo)線存在電阻，所以在運(yùn)行中就會產(chǎn)生損耗；附加損耗則是由多股導(dǎo)線換位不完全、導(dǎo)線產(chǎn)生渦流等因素而引發(fā)的，由于干式鐵心并聯(lián)電抗器橫向漏磁較小，可以在計(jì)算的過程中忽略不計(jì)，僅僅需要計(jì)算豎向的漏磁損耗。

（2）鐵損。在日常的工程計(jì)算之中，計(jì)算鐵芯損耗的方式與其相同，即將鐵心質(zhì)量與單位質(zhì)量的鐵心損耗相乘，再與系數(shù)相乘。由此能夠發(fā)現(xiàn)，單位質(zhì)量的鐵心損耗與鐵心的磁密、硅鋼片的生產(chǎn)工藝存在密切的關(guān)系。對于干式鐵心并聯(lián)電抗器來說，鐵心的磁密通常在0.8～1.05T之間，同時有取向的硅鋼片損耗更小。

（3）雜散損耗。由于干式鐵心并聯(lián)電抗器在運(yùn)行中，引線所產(chǎn)生的損耗、漏磁所產(chǎn)生的損耗等。

3 干式鐵心并聯(lián)電抗器氣隙對損耗的主要影響

（1）損耗分析依據(jù)。通常情況下，干式鐵心并聯(lián)電抗器的容量較大，產(chǎn)生的損耗也相對較大。由于干式鐵心并聯(lián)電抗器會產(chǎn)生一定的損耗，所以其就會直接影響溫升，而較高的溫升又會降低絕緣材料的性能，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全隱患，所以需要通過恰當(dāng)?shù)姆绞綄Ω墒借F心并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的損耗進(jìn)行控制。在干式鐵心并聯(lián)電抗器中，所使用的絕緣材料為F級，最佳的運(yùn)行溫度為155攝氏度，一旦超過該溫度值10攝氏度，那么絕緣材質(zhì)就會快速惡化，縮短其使用壽命。依據(jù)《6kV～35kV級干式鐵心并聯(lián)電抗器技術(shù)參數(shù)和要求》JB/T 10775-2007的相關(guān)規(guī)定：當(dāng)溫度為75攝氏度時，三相干式鐵心并聯(lián)電抗器的容量為6000kvar，而其所產(chǎn)生的損耗為31.4kW；當(dāng)容量為10000kvar時，而其所產(chǎn)生的損耗為43kW，其最大的允許偏差為百分之十五?；谶@樣的理論基礎(chǔ)，能夠?qū)Ω墒借F心并聯(lián)電抗器氣隙對其損耗的影響進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究，為保證結(jié)果的精準(zhǔn)性提供基本條件。

（2）案例分析。結(jié)合上述的理論內(nèi)容，本文以型號為BKSC-10000/10的鐵心為試驗(yàn)對象，在穩(wěn)定電抗、三相電抗的偏差分別為4.96%、5.49%、4.06%的條件下，環(huán)境溫度為28攝氏度，干式鐵心并聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的損耗為65.69kW，很明顯這一結(jié)果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)前的國際標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過更加深入的分析：干式鐵心并聯(lián)電抗器中的氣隙為160毫米，同時在生產(chǎn)的過程中預(yù)留出4個鐵心并未進(jìn)行澆筑，其目的是為了為調(diào)節(jié)電抗提供便利。但是，在對電抗進(jìn)行實(shí)際調(diào)節(jié)的過程中，電抗在初試時的偏差較大，而為了保證其正常的范圍之內(nèi)，就需要在干式鐵心并聯(lián)電抗器最上面的鐵心餅中加入氣隙，從而實(shí)現(xiàn)對電抗調(diào)解的目的。具體而言，氣隙分為兩次加入，共計(jì)為16.5毫米，詳細(xì)內(nèi)容見表1。

由于干式鐵心并聯(lián)電抗器的損耗為直流電阻損耗、鐵損、不完全換位損耗、導(dǎo)線渦流損耗、雜散損耗等多個方面，所以需要在生產(chǎn)完成、出廠之前，對鐵心進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗(yàn)，保證其符合產(chǎn)品的相關(guān)質(zhì)量要求。

（3）影響結(jié)果分析。針對上述案例的現(xiàn)象，在很大的范圍之內(nèi)干式鐵心并聯(lián)電抗器漏磁的衰弱都是受氣隙個數(shù)的影響。為了能夠更加清楚的對型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯(lián)電抗器進(jìn)行觀察、分析，就需要將其模型設(shè)計(jì)為二維模型，并通過恰當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行分析，從而更加精準(zhǔn)的掌握漏磁的問題。

首先，依據(jù)型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯(lián)電抗器（原）氣隙的實(shí)際分布，能夠發(fā)現(xiàn)：不均勻的氣隙分布就會導(dǎo)致漏磁場的線力發(fā)生偏移，這樣的現(xiàn)象就會導(dǎo)致無法進(jìn)行更加完全的換位，同時線圈增大其環(huán)流還會再次產(chǎn)生附加損耗。其次，同樣依據(jù)干式鐵心并聯(lián)電抗器的氣隙分布，可以發(fā)現(xiàn)：漏磁主要發(fā)生在最上面的13毫米的氣隙位置處，并且明顯高于6.5毫米位置處的漏磁問題。在這樣的條件下，就會導(dǎo)致干式鐵心并聯(lián)電抗器線圈所產(chǎn)生的渦流損耗逐漸加大，甚至還會增加干式鐵心并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗。

通過上述的分析，假設(shè)型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯(lián)電抗器，其氣隙分布的不均勻性是增加鐵心耗損的根本性原因。針對這一問題，重新對型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯(lián)電抗器的氣隙進(jìn)行分布，其具體的原則為：總氣隙為160毫米，最上面的氣隙為6毫米，其余的氣隙均為7毫米。為了保證最終分布結(jié)果的精準(zhǔn)性，工作人員可以通過特定的軟件干式鐵心并聯(lián)電抗器的氣隙分布進(jìn)行仿真模擬，然后對仿真進(jìn)行驗(yàn)證，這樣的方式能夠在很大程度上提高工作的質(zhì)量、效率，相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 干式鐵心并聯(lián)電抗器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在本次的試驗(yàn)分析中，干式鐵心并聯(lián)電抗器最終的損耗為38.3kW，完全符合相關(guān)部門對其運(yùn)行的規(guī)定與要求。另外，在調(diào)試干式鐵心并聯(lián)電抗器的過程中，僅僅對其進(jìn)行了一次調(diào)整，便將最終的總氣隙控制在158毫米，為干式鐵心并聯(lián)電抗器的運(yùn)行提供了前提條件。但是，如果干式鐵心并聯(lián)電抗器中的氣隙并沒有進(jìn)行均勻分布，那么就需要在調(diào)節(jié)電抗期間進(jìn)行反復(fù)的工作，而這樣的現(xiàn)象不僅會影響工作效率，也會降低干式鐵心并聯(lián)電抗器的性能。

由此能夠說明，干式鐵心并聯(lián)電抗器的損耗與氣隙的分布之間具有顯著的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)干式鐵心并聯(lián)電抗器的過程中，必須保證氣隙能夠以均勻的狀態(tài)分布在鐵心之間。另外，在設(shè)計(jì)干式鐵心并聯(lián)電抗器的過程中，應(yīng)該適當(dāng)?shù)目s小鐵軛位置處的氣隙，從而最大程度的優(yōu)化在干式鐵心并聯(lián)電抗器運(yùn)行期間的漏磁問題，進(jìn)而將損耗控制在合理的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，氣隙對于干式鐵心并聯(lián)電抗器的運(yùn)行損耗有著直接的影響，因此需要工作人員對其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。以此為基礎(chǔ)，氣隙降低了干式鐵心并聯(lián)電抗器運(yùn)行中的線損、鐵損、雜散損耗等，提高了干式鐵心并聯(lián)電抗器運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了電網(wǎng)供電的質(zhì)量，滿足了相關(guān)要求。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)降低干式鐵心并聯(lián)電抗器的損耗，就可以將氣隙設(shè)置在其中。