干式铁芯串联电抗器设计要点

　　摘要：干式铁芯串联电抗器在实际运行中常出现一些故障，给电网安全运行造成一定的影响。笔者分析了干式铁芯串联电抗器设计中导致产品常见故障的原因，例如绕组损坏、匝间短路、噪声与温升过高等，为预防运行故障的发生，提出了设计时应合理选择电抗率、电流密度、铁芯磁通密度、散热面积及产品的绝缘设计等措施。实践证明了这些措施对产品设计、制造有一定的意义。 

　　关键词：铁芯电抗器 温升 噪声 

　　1 电抗率的选择 

　　1.1 电抗器的配置 

　　电抗率是电抗器的主要参数，电抗率的大小决定着串联电抗器电抗值的大小。在订货时设计院需要清楚电网的谐波情况，查清周围有无大型整流设备、电弧、炼钢厂等能产生谐波的设备，根据实际谐波含量来选取合适的电抗器，含有3次谐波应配12%及13%的电抗器，含有5次以上谐波应配4.5%～6%的电抗器。配置电抗器后应换算是否能产生谐波放大现象，如发生谐波放大情况，应改变电抗器参数。 

　　1.2 有谐波电流时流过电容器支路的电流Icn 

　　电容器和电抗器的支路与电网系统电感形成并联回路，忽略电容器支路与电网系统的电阻，简化等效电路见图1。 

　　1.3 电抗率和电抗值应满足的条件 

　　对串联电抗器而言，选择的电抗率和电抗值需要满足以下条件：①主谐波频率下的电抗值大于主谐波频率下的容抗值；②任何运行条件下电容支路不得发生谐波谐振；③任何运行条件下不得使电容支路和电源回路发生谐波谐振。 

　　2 温升设计 

　　2.1 绕组温升 

　　干式铁芯串联电抗器要求在1.35倍额定电流的最大工作电流下能连续工作，产品绝缘等级为F级。温升参考DL 462-1992的相关标准条款，F级绝缘绕组平均温升为90K，最大热点温度则不能超过155℃。根据相关经验，绕组平均温升越高，最大热点温升就越高，设计绕组温升时，应留有一定的欲度。 

　　运行中电抗器绕组温升过高在产品设计阶段的原因主要为以下几种：①设计电密选取过高；②绕组绕制过程中没采取完全换位；设计时没考虑不完全换位带来的附加损耗；③设计中绕组的几何散热面积过小等。 

　　在设计过程中，我们采取在导线截面积不变的情况下增加导线的并叠根数，选取线宽、线厚较小的导线等方法来降低涡流损耗以限制绕组端部温升。对于容量较大的串联铁芯电抗器，每个线圈采用包封间留有散热气道的方法来增大散热面积，从而降低了绕组的平均温升。在多包封绕组设计时需要将各包封的气道交错布置，避免各包封气道在同一位置排布，防止浇注过程中产生裂缝。设计温升时，绕组全部包封的平均温升要小于标准要求温升限制；否则，包封绕组温升过高，会降低产品的使用寿命。 

　　2.2 铁芯温升 

　　串联铁芯电抗器在运行中铁芯柱有主磁通流过而在铁芯片中产生磁滞损耗和涡流损耗，如果设计中磁密或铁芯截面积选取不当，就会造成温升很高。目前干式铁芯串联电抗器的气隙绝缘材料大多采用F级的环氧板，当铁芯心柱温度超过环氧板的最高耐热温度时，会使相邻铁芯饼之间的绝缘材料老化，从而导致铁芯温升更高，同时还可以造成铁芯电抗器的噪声异常，严重影响电抗器的正常使用，大大降低了产品的使用寿命。