干式空芯电抗器设计技术特点

干式空芯电抗器设计技术特点 关于我公司干式空芯电抗器 设计制造技术的说明 1(设计保证措施 西安中扬电气股份有限公司生产干式空芯电抗器已有近20年的历史，在这个过程中逐步形成了我们自已的技术特点，归纳起来主要如下: (1) 电抗器的噪音问题: 对以往的油浸式电抗器来讲，噪音问题一直难以降低。噪音的产生即来源于振动，这样的条件下运行，必然影响到使用寿命。干式空芯电抗器的本体经环氧树脂固化形成刚性大、坚固、密实的整体，使电抗器的结构自振频率大为提高，远离 100Hz强迫振动频率;同时所有结构件均采用氩弧焊接，结构上不会出现任何松动现象，因而保证振动噪音很小。一般容量在10000千乏以下的电抗器，在电抗器外表面2米处其噪音小平在55分贝以下。例如，我公司在岗市 500kV变电站运行的并联电抗器，单相容量13333kVar，其现场运行噪音在50分贝以下。一般额定容量为20000kVar的电抗器，在距电抗器外表面两米处，其噪音水平在55分贝以下。•对于大型电抗器的噪音问题我公司有专门的研究，我们能通过计算机计算出干式空芯电抗器的固有振动频率，在设计过程中，将这一固有频率调整到远离 100HZ强迫振动频率。这就是为什么我公司的干式空芯电抗器噪音都很小的原因。 (2) 重盐雾区的使用 在重盐雾区运行的干式空芯电抗器，在设计中应着重考虑这样几个问题: 首先，电抗器的线圈高度必须加高，以便增加爬距;其次，盐雾对电抗器的铝金属构件有腐蚀作用。 线圈高度的增加，可以保证电抗器两端之间或局部不会发生爬电闪络事故。盐雾对铝结构件的腐蚀作用，可以从电抗器表面涂层进行解决。对所有的铝结构件和出线头增加腐蚀涂层的厚度及涂覆次数。这样，可确保所有的铝材得到很好的保护。 通过这些措拖和解决办法，电抗器在重盐雾环境下可以长期运行。 (3) 台风、地震因素 对于大型并联电抗器及大型叠装式串联电抗器，由于它们的质量大，重心偏高，因此在遭到地震和台风袭击时，其结构强度和稳定性将受到严峻的考验。由于地震和台风问题以及产品在地震和台风条件下的强度和稳定性是一个专业性很强的课题，非我公司专业技术人员单独能解决的问题。因此，我公司早在一九九三年与西安交通大学机械工程系进行合作研究。 经过几年的研究和试验，发现干式空芯电抗器类产品在地震和台风条件下(在水平加速度、垂直加速度联合作用下)除一般建筑物中产生的共同问题外，尚有极易产生扭振这一类振型的特殊问题。因此我们对此问题进行大量研究，研究的重点是: ?如何对确定的结构设计进行扭振频率的准确计算。 ?如何对扭屈状态下的结构强度和稳定性进行准确计算。 首先，我们对开发计算软件需要的许多参数如所用的支持瓷瓶(包括瓷件和浇装铝合金帽后)的机械特性如弹性模量、抗拉、抗压断强度极限进行了大量的测量工作;对电抗器本体(由环氧玻璃丝、铝线和撑条等构成的复合体)的弹性模量进行实测工作;对完整的电抗器模型也多次进行上述工作,获得了许多极其宝贵的、切实符合我们具体加工条件的数据，为软件计算的正确性打下了基础。 其次，在这基础上我们进行了计算软件的开发工作，这些软件早已完成，并于多年前已投入使用。 通过模型试验表明，我们的软件计算结果基本相符。 目前我们大型电抗器的设计，都要进行抗地震和台风、按技术条件要求的强度和稳定性校核，确保在上述条件下结构自振频率(包括扭振)避开地震频带范围，避免发生谐振，然后在这一条件下校验各部件结构强度和稳定性能够安全承受规定的加速度条件。 (4) 外表面漆 由于电抗器长期在户外运行，而环氧树脂无法长期耐受紫外线的照射，因此，表面漆是很重要的一层保护层。要求外表面漆能够耐受紫外线照射，无粉化、剥落、变色现象，我们根据这些要求进行选型。现在我公司用于产品表面的油漆是一种硅有机漆，这种漆最早是由日本三菱公司与中方合资厂联合开发研制的，用于其合资厂生产的开关表面上。经过一系列试验及现场使用情况验证，该表面漆完全满足户外各项要求。 (5) 电抗器表面树枝状放电问题 电抗器表面树枝状放电是由于在电抗器沿面存在泄露电流，泄露电流在电抗器下部铝排处汇集具有较大的电流密度，从而形成电流通道，这样就产生了树枝状的放电。根据树枝状放电的这一形成机理，我们从两个方面采取措施来预防其形成。第一，采取积极的疏导措施。在电抗器下部加装均流环，使泄露电流均匀的流向均流环导入回路中而不汇聚，这样就不能形成较大电流密度的电流通道。第二，降低泄露电流值。在电抗器表面喷涂。利用性能优良的RTV或PRTV胶的优良绝缘性能，使电抗器沿面电阻保持较好的绝缘性能，不因环境的变化而大幅度变化。也就是不会因电抗器表面积污、积水使得沿面电阻降低、泄露电流增大。 (6) 电抗器的开裂问题 电抗器表面开裂的问题是所有干式空芯电抗器都需要解决的问题。我公司产品以前也出现过类似现象，究其原因，主要是环氧树脂在高温固化过程中产生的内应力所致。经过不断摸索，通过从原材料、工艺、设计等多方面采取措施，基本解决了此问题，几年来再未出现开裂问题。 我公司主要从以下几个方面进行了改进:基础树脂配方，原材料的选择，工艺过程的控制，玻璃钢应力设计。下面从这四个方面作以简述。 ? 基础树脂配方 环氧树脂固化物的性能与配方关系密切，在电力行业从高压开 关、变压器到各种互感器、组合式变电站，其绝缘都采用环氧树脂和液态酸酐的配方体系。此环氧固化物电气性能及机械性能优良，具有很强的耐热性及耐腐性，另外此配方在高温下反映速度慢，放热均匀，固化物内应力小不易开裂。另一种配方为环氧与咪唑类固化剂。液态酸酐类固化剂属于加成聚合型固化剂。液态酸酐与环氧树脂的固化反应速度慢，放热少，收缩率小，制品不易开裂，且耐水性较好。而咪唑是具有两个氮原子的五元环化合物，是一种聚合催化剂型固化剂，其与环氧的固化反应速度快，反应放热较多，易造成局部热量不平衡，固化物内应力增大，易产生开裂，另外咪唑固化物耐水性较差，电性能不如酸酐固化物。另一方面为了提高韧性我公司在配方中加入了环氧树脂增韧剂，它成功地应用在电气绝缘行业中，大幅度提高了电气设备的抗开裂能力，而且提高了电气设备的动热稳定性。 ? 原材料 我公司所选用的环氧树脂是国内最大厂家岳阳化工厂生产CYD-12型，此树脂是引进日本东都化技术，是目前国内纯度最高，性能最稳定的树脂。其性能完全达到国外同类产品水平。固化剂选用了液态酸酐，其稳定性已在多年的使用中得到验证。另外我公司对每批进厂原材料进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 化验，根据分析结果及环境因素调整配方，以使固化物达到理想效果。 ? 工艺 在工艺上，严格控制配料，采用锚式搅拌器使各种组份充分混合，避免因不均匀而产生内应力造成开裂。在整个生产过程中严格控制环境温度和绕制周期，控制胶液含量。在固化过程中按工艺执行，并配 备了温度自动监控装置，确保固化物的质量。 ? 结构设计 在结构设计中，以复合材料的应力分布及电抗器受力为出发点，进行科学计算，编制合理的绕制程序。在设计中我们参照了玻璃钢压力容器设计的一些思路，在绕制过程中增加了花绕、垂直绑扎和V型绑扎等，以防止应力产生开裂。 “花绕”即在两层水平缠绕的中间，又夹入交叉斜绕，以形成“三合板效应”。事实证明，这种工艺对防止开裂很有效。 (7) 其它设计、工艺特点和保证措施 ? 具有先进的设计软件:电抗器的电磁计算全部是借助于我公司开发研制的计算软件,由计算机进行设计，从而解决了依靠人力几乎无法完成的复杂计算，大大提高了设计精确度。可以精确的优化计算电感量、电流分布、应力分布、自谐振频率、损耗与温升等技术参数和线圈匝数、直径、高度、包封层数等结构参数，软件计算可靠、完整。 电抗器根据等温法设计原理，多股并联导线中的电流分配完全依靠计算程序进行计算和调整，具有极高的精确度，电感量的误差可控制在?2,，严格限制了绕组各并联支路中的不均衡电流，避免电抗器出现某些支路过载造成局部过热，保证各层绕组温升基本相同。 ? 合理的损耗取值:通过大量的优化计算和多年的实践经验，针对不同的容量确定了最合理的损耗取值(市场上同型号规格的干式空芯电抗器，中扬公司产品的额定损耗值最低，因此产品重量较大)。 在降低损耗方面，我公司除一般采用的降低电流密度外，特别采用了优化设计的理念进行设计。我公司的标准是损耗最低兼顾成本，因此我们能提供价格并不过高条件下的较低损耗产品。另外在降低损耗方面我们采用小截面的圆铝导线绕制线圈，大大减少了涡流损耗;还采取了特殊的“轴向并列导线分级起绕”的线圈绕法和独特的环流调整技术，使各支路不均衡电流严格控制在5%以内，对降低环流损耗效果很好。同时还采取了一系列降低杂散损耗的措施，如采用反磁钢的瓷瓶帽、采用高强度合金铝制作星架铝芯，从而得以适当缩小铝芯尺寸，以降低该零件的损耗等。 ? 严格控制温升设计:电抗器设计温升低于B级绝缘耐热等级，在设计上我们留有较大的裕度，绕组最热点温升为70K，绕组平均温升为50K。温升值之所以可以降低，是因为我们提供的电抗器是属于低损耗的产品，造成温升的热源比较小的缘故。 ? 严格控制阻抗偏差:由于我公司在软件计算精度上下了很大的功夫，包括采用双精度数来进行数值计算，因此计算误差已非常小，约可控制在千分之一以内。同时在制造过程中严格规定必须准确控制各层绕组的几何尺寸，否则无法得到准确的阻抗值。制造误差公司内控标准为各相偏差值不大于?1%(投标 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 提出的各相偏差值不大于?2%，三相平均值偏差不大于?1%)。 ? 采用特殊的工艺方法:线匝之间的试验电压为数千伏，但实际工作电压仅为几十伏，有时甚至低达几伏。为了绝对保证电抗器的 可靠性，采取了前述绕组的特殊绕法和独特的环流调整措施，匝间电位差被均匀地分配到股间绝缘与匝间绝缘，使得匝间绝缘的电位差降低到原来的1/N(N为并联导线的根数), 大大提高了电抗器运行的可靠性，同时使各支路电流的实际值与设计值的偏差严格控制在5%以内，大大提高了电抗器运行的可靠性。 ? 抗短路能力强:由于线圈被包封在环氧玻璃丝中，而后者有极高的抗张强度(大于普通钢材)，当线圈承受短路电流作用时，其电动力将传递到环氧玻璃丝中，最终由环氧玻璃丝承受，导线本身几乎不受力，因此电抗器抗短路能力强。同时由于各层线圈均被环氧玻璃纤维纱包封在各包封中，而使线圈得到了极好的防护。除严重摔跌、碰击外，一般的轻微碰撞、磨擦等均不会损伤线圈(只能损伤漆层)。由于线圈的绝缘层被密封在环氧树脂中完全隔绝空气，使它可以不受外部恶劣环境条件的影响。同时，对减缓绝缘材料的老化也有好处。 ? 散热条件好:由于采用了垂直散热气道，而且整个电抗器结构简洁，没有什么复杂零部件阻碍通风散热，因而使散热效率很高。 ? 完全由我公司自行控制导线加工和包导线绝缘:其目的是使绝缘导线的制造过程完全纳入公司的质量管理体系，使其质量完全受控。我公司还在拉丝机、包线机的终端加装了外购的精密检测导线缺损、毛刺等的电子设备，一旦导线或绝缘被查出有缺损，机器会自动 停下并报警，确保导线、绝缘材料无伤痕、毛刺、裂纹和损伤。 ? 导线绝缘薄膜外包绕电工无纺布:提高了电抗器与环氧的粘合性和抗老化性，提高了匝间绝缘水平，降低了线包的噪音。 ? 电抗器真空整体浸渍工艺:特别要强调的是，几年前我们增加了电抗器真空整体浸渍工艺，产品固化后再次进行真空环氧浸渍。采用这种最佳的绝缘处理工艺以尽可能完全消除产品中的空气隙，提高绝缘层的密实性和导热性，提高耐受冷热循环的能力，提高了产品绝缘寿命。 (8)使用寿命 干式半(空)芯电抗器为一次性产品，在其使用期间无需维护及更换部件，因而给使用部门带来许多方便。但这也要求该类产品能有较长的使用年限，针对产品的这一特殊性，我们在设计上及材料，特别是绝缘材料上都充分考虑这一因素，我公司的产品设计使用寿命为30年。 我公司已生产制造并投运了BKGKL-42600/33并联电抗器。该电抗器为目前国产最大单相容量的并抗产品。实际运行情况表明:西安中扬电气公司的技术是可靠的。 3. 本公司干式空芯电抗器与国内、国外同类产品的比较 我公司干式空芯电抗器为直筒式环氧玻璃丝包封结构，该结构形式与国外同类产品相似。但考虑到我国的地区及大气环境等具体条件，以及国外产品在国内运行中出现的一些事故情况，我们在许多方面比起国外产品有许多改进，涉及到电气绝缘方面的问题主要有以下几点: (1)适当增加并联电抗器的高度 考虑到我国大气污染较为严重、各种尘埃较多或可能的酸雨等对外绝缘不利的条件，因此在我公司生产的干式空芯电抗器上，我们依照适应我国各地区的设计规范，适当增加电抗器的高度。例如，在为新疆克拉玛依、托克逊等四个220kV 变电站制造的六组 BKGKL-3333/35并联电抗器，其线包高度为2250mm，而国外此类电抗器的标准设计线包高度为1500-1600mm。增加电抗器线包高度，从电气绝缘角度看有两点好处: 其一、增加了爬距，降低了发生湿闪、污闪的可能性。 其二、降低了匝间电位差，•这是由于这种结构型式的电抗器采用“并联导线分级引出”的技术，使沿轴向各线匝间电压均匀分布。增大线包高度，当导线直径不变时，必将沿轴布置更多的线匝数。当电抗器两端电压一定时，必然使线匝间电位差降低，这将有效地防止 匝间击穿。 (2)适当加厚环氧玻璃纤维的厚度 在研究了国外的工艺后。我们感到对他们气道中的包封不放心，因而在这方面加以改进和适当加强，重要目的是确保环氧玻璃丝包封能确实覆盖好里面的线匝，并具有足够的厚度。 (3)降低包封表面泄漏电流 采用我公司专利技术(专利号:ZL952455455)，使电抗器表面容性泄漏电流通过一定的措施释放，使其无法在电抗器表面汇集，从而对树枝状放电的预防起到了积极有效的作用。 (4)电抗器表面涂刷高阻憎水涂料 对于并联电抗器，在其表面涂刷具有高绝缘电阻和憎水性的室温硫化硅橡胶(RTV或PRTV)。在雨季，降低雨水在电抗器表面的吸附力，使其无法沿电抗器表面形成水柱，降低了发生湿闪，污闪的可能性。 基于上述设计思想和措施，在十几年里，我公司已陆续为国内一些大的变电站设计、生产了很多干式空芯电抗器。这些产品大部分已相继投入使用，其中投运时间较长的已有近十五年时间，效果都非常好。例如，运行在新疆托克逊、克拉玛依 220kV变电站强风沙、重污秽区的并联电抗器;运行在宁夏固原 330kV变电站高海拔区的并 联电抗器;以及江苏张家港沙洲钢铁公司潮湿污秽区的静补用并联电抗器，都得到了用户较高的评价。 ? ? ? 特别需要说明的是—— (5)电抗器整体真空压力浸渍工艺 自从美国西屋公司1948年率先将真空压力浸渍(简称VPI)技术成功地应用于发电机的定子绝缘以后，七十年代应用于大中型高压电机的定子线圈整浸绝缘，九十年代已广泛应用于各种电机电器的绝缘处理。整浸绝缘工艺已被公认为一项成熟先进的绝缘制造技术。我国自80年代初引进国外高压电机制造技术与相应的VPI设备以来，已陆续在干式变压器等电气设备的制造技术中采用。 近几年，我们将VPI技术用于电抗器的制造过程中。产品固化后再次进行真空环氧浸渍。采用这种绝缘处理工艺可以消除产品中的气隙，提高绝缘层的密实性和整体性，提高产品的电气绝缘性能，延长产品绝缘寿命。 (6)独特有效的绕组防护措施 在过去的几年里，我公司与武汉高压研究所合作，就干式空芯并联电抗器反事故措施工作、以前市场上干式空芯并联电抗器曾出现过的事故现象的故障机理作了大量深入的实验性研究工作，对市场上干式空芯并联电抗器的现状进行了分析验证，并针对一些现象采取了相 应的工艺保证措施。 研究试验结果证明这些措施对线圈的防潮、更有效的防开裂、改善电抗器的电场分布、提高绝缘性能和绝缘寿命有显著的效果，进一步提高了干式并联电抗器的安全可靠性。我们正在把这些防护措施纳入我公司的产品工艺中，为电网提供更好、更安全的干式并联电抗器。 以上诸项措施无疑将增加一些电抗器的材料消耗或加工工作量，但为了增加电抗器的安全可靠性，我们仍将在我们的产品设计上坚持采用，在电力运行、设计及各方面专家的指导下，为不断完善本公司产品而努力。