干式铁芯串联电抗器设计要点

杨成润

摘 要：在我国电气设计的过程中，电抗器由于其明显的优势已经越来越多地被应用，并且在电气应用中取得了较好的效果。但是在实际的电抗器应用过程中还是会存在一定的问题，这些问题的存在能够对电网的安全运行以及稳定运行造成一定的负面影响。本文主要针对干式铁芯串联形式的电抗器的设计进行相应的分析，对运行问题给出具体的设计改进思路，提升电抗器的设计能力以及应用效果。

关键词：干式铁芯串联；电抗器；设计要点；噪声；温升

中图分类号：TM47 文献标志码：A

0 概述

在电抗器运行的过程，会由于设计问题造成一定的运行故障，主要的问题有4个，首先是电抗器的绕组损坏，其次是电抗器的匝间短路，再次是电抗器的运行噪声问题，最后是电抗器温升超标。我们在电抗器使用的过程中，为了避免应用故障的发生，针对应用过程中出现的问题，进行了有针对性的设计改进和完善。我们只有在电抗器设计的过程中选择合理安全的电抗率以及电流密度，同时还要对铁芯的磁通密度以及设备散热面积等设计指标进行细致的了解和研究，才能够保证设计出来的电抗器在应用的过程中，有良好的效果，不会出现更多的应用故障。希望通过本文的分析能够对电抗器的设计思路以及制造方法有一定的帮助。

1 在电抗器设计的过程中电抗率的正确选择

1.1 电抗率选择过程中的电抗器的有效配置

作为电抗器设计过程中的重要参数，我们在电抗器设计的过程中要对电抗率进行正确的选择。电抗率的正确选择能够直接影响电抗器串联过程中的电抗值的实际大小。因此我们在实际的设计过程中要对电抗器的选择非常重视。因此我们在设计的设计选型过程中，要针对电抗率方面的问题进行认真的分析，我们要从以下几个方面进行分析，首先是要对电网中的谐波实际情况进行了解和勘察，其次我们要清楚电抗器应用环境周边是否具有较为大型的电网整流設备，因为大型的整流设备在应用的过程中会对电抗器的应用有很大的谐波干扰。我们在选择电抗率的过程中，主要的参考依据就是谐波的具体含量。根据一般的设计要求，我们在三次谐波的位置设计12%左右的电抗器配置，五次及以上的谐波的位置要设计4.5%左右的电抗器配置。需要注意的一点是，我们在进行电抗器配置的过程中，要认真地计算，电抗器的应用是否能够产生谐波放大的问题，如果出现了谐波放大的问题，我们就要第一时间改变电抗器的电抗率，选择正确的电抗率参数进行电抗器的匹配。

1.2 电抗率选择对的过程中电抗率同电抗值应该满足的主要条件

在电抗率选择的过程中，针对串联形式的电抗器而言，我们在选择电抗率同电抗值之间关系的过程中要满足3个条件，首先是主谐波应该在频率以下的情况下，电抗值小于主谐波的实际容抗值；其次我们要保证在电抗器运行的过程中，无论出现任何情况都不能够出现支路谐波以及谐振的情况；最后是我们要保证无论任何情况下，电抗器的运行都不能够出现主回路以及支路的谐波谐振问题。只有保证了上述的3个条件，才能够保证在电抗器设计的过程中，电抗率同电抗值之间形成一个有效的合理空间。

2 在电抗器设计的过程中针对温升问题的设计

2.1 在电抗器设计的过程中绕组温升的具体设计

在设计干式铁芯电抗器的过程中，我们要对温升问题给予高度的关注和重视。通常情况下，电抗器在电流超出额定工作电流1.35倍的时候还是能够保证正常的工作状态，电抗器的设计绝缘等级设定在F级之上，在温升设计的过程中我们要参考相关的条款中的规定要求进行设计。当电抗器在F级绝缘等级的条件下，温升范围能够达到90K，电抗器的应用温度不能够超出155℃。根据以往的设计经验分析，绕组的应用温升越高，就会导致电抗器的应用热点温度越高，因此我们在进行绕组温升设计的过程中要保留设计裕度，来满足电抗器的绕组温升要求。

为了有效地保证绕组温升在正常的范围以内，我们在导线的选择上，要采取宽截面，小线厚的导线，这样能够有效地保证电抗器的绕组，有效地减少涡流的有效损耗，这样能够有效地降低绕组的温升，尤其是端部的温升。同时我们在绕组温升设计的过程中，针对容量较大的电抗器，我们要在每一个线圈的中间设置包封间，通过这样的方式来保证散热面积的增大，这样也能够有效地降低绕组的温度上升。绕组的温升不仅得到有效的控制还能够有效的保证电抗器的使用寿命，能够对整个应用系统的稳定、安全运行有非常大的帮助。

2.2 在电抗器设计的过程中铁芯温升的具体设计

在铁芯串联电抗器设计的过程中，铁芯的温升设计非常的关键和重要，铁芯在电抗器的应用过程中，作用非常明显，能够通过铁芯中的磁通效应来有效地控制磁滞损耗以及控制涡流损耗。因此如果我们在设计的过程中，没有针对铁芯温升进行设计完善，就会导致铁芯的温升过高。目前在铁芯串联形式的电抗器设计的过程中，应用的铁芯材料主要为环氧板，其绝缘等级也要保证为F级。当铁芯出现温升过高的问题，就会导致同铁芯相连的铁芯出现绝缘性能低下并且老化的情况，这样能够在很大程度上提升铁芯的温升，一旦铁芯温升出现异常，就会导致电抗器在应用的过程中出现异常噪声，这样的情况，严重地影响了电抗器的正常使用，同时对电抗器的使用寿命也有非常大的干扰。除了上面阐述的铁芯材质之外，硅钢片材质的铁芯也非常的常用，这种材质的铁芯通常会根据硅钢片的型号的不同出现不同的温升情况，因此我们在电抗器设计的过程中要针对这一问题进行实际的分析和材质选择。

2.3 在电抗器设计的过程中夹件温升的具体设计

为降低夹件温升，可采取以下措施：①与夹件离线圈距离近的部分零件采用无磁钢，铁芯周围夹紧铁芯的拉杆均采用无磁钢材质；②夹件与铁芯接触位置采用已开孔或开槽的材质，便于铁芯散热。上述方式主要防止了铁芯及夹件局部温度过高，加速绝缘材料的老化，从而影响产品的正常使用。

3 在电抗器设计的过程中气隙的设计内容

铁芯电抗器噪声主要来源于硅钢片的磁滞伸缩和片间震动，由于铁芯饼之间存在交变磁场吸引力，使得铁芯电抗器与同容量变压器相比噪声要大10dB以上。在一定范围内，每降低0.1T磁通密度，可降低噪声2dB。在设计串联铁芯电抗器时，一般设计磁密应不高于1T，主磁通密度则低于0.9T为佳。产品经国家变压器质检中心检验，试验结果表明，其噪声有明显的降低，说明该方案可行。

结语

在电抗器设计的过程中，尤其是干式铁芯串联形式的电抗器设计的过程中，我们要有针对性地进行设计和选择。在电抗器设计的过程中我们要对应用过程中常常出现的问题进行分析和总结，通过总结来进行相应设计 方面的改进和完善。同时需要注意的一点是，除了电抗器的设计之外，电抗器的生产也是一个非常重要的环节，尤其是铁芯形式的电抗器的生产制造和生产工艺，直接影响电抗器的生产质量以及应用效果。因此为了更加有效的保证电抗器的应用效果，我们在实际的电抗器设计过程中要结合实际情况进行有针对性的设计，从设计方案、工艺方案以及制造方案等多个角度来综合分析，只有这样才能够保证电抗器的使用效果，才能够保证电抗器的设计技术得到更加有效的提升和完善。

参考文献

[1]刘石，徐林峰，冯永新，等.10kV干式铁心并联电抗器振动问题研究[J].变压器，2009，46（9）：31-35.

[2]于良中，方伟，易兆林.树脂绝缘干式铁心与空心电抗器的性能比较[J].高电压技术，2004，30（8）：63-64.