（西安中扬电气股份有限公司 710077）
摘要：在供电量越来越大的今天，高质量和低耗能的电抗器成为电力系统和大型厂矿企业的“宠儿”，干式铁芯电抗器就是其中一种，本文通过相关资料和调查详细介绍了干式铁芯电抗器的分类和作用，分别其并联抗电器和串联抗电器两种分类产品的结构设计，希望能增强大家对干式铁芯电抗器的了解程度，对电抗器的发展有所裨益。
关键词：干式铁芯电抗器；分类；结构设计
电能已经是我们生活中必不可少的能源之一，甚至和各种高科技产品息息相关，在这种情况下各种电器元件也成为我们关注的重点，空心电抗器、铁芯电抗器等都得到了巨大的发展，为我们的日常生活带来了便利。
一、干式铁芯电抗器
电抗器是指在电路担当阻抗作用的元件，包括空心电抗器和铁芯电抗器，前者是螺线管状的导线，后者还需要在螺线管中放入铁芯以增大电感，近年来，铁芯电抗器具有非常好的发展态势，主要是因为其噪音低、损耗低，拥有良好的电气性能，占地小，无油，安装简单，且成本较低，但是与空气电抗器相比还有一些缺点，抗噪和电抗值线性度还有发展的空间。
干式铁芯电抗器主要分为并联式电抗器和串联式电抗器两种，前者的作用是补偿线路电容性充电电流，通过规定系统工频电压升高程度和操作过电压范围来控制电流，以此减少系统绝缘性，促使线路安全运转；后者需要放置于电容器回路中，当电容器投入时可以达到限制冲击电流的目的，还能与电容器组形成谐波回路，对某些谐波进行滤波；两种干式铁芯电抗器在作用部位和作用上都有所不同，各有所长，因此在结构设计上也存在差异，下文将分别对其介绍。[1]
二、并联式电抗器结构设计
干式铁芯并联电抗器作为一种静态补偿设备已经在各地的电网改造中得到应用，在绕组的绝缘性、温升计算和抗噪方面还存在一些难题，下面介绍此种电抗器的设计要点。
一）非共振型绕组结构
非共振型绕组结构也就是特殊分段圆筒式结构，这种结构保留了普通圆筒式绕组的一部分样式，又根据绕组纵向电气电容梯度分布规律增加了通道的曲折性，使其既保留了原有的耐冲击特性，还能控制绕组层间的电压，相关计算也证实，绕组结构的变化使电气电容值增加了两倍，更接近于理想状态。
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二）薄绝缘树脂浇注形式
绕组的寿命就代表着电抗器的使用时间，但是运行中的升温是难以避免的，绕组的散热效果不佳会造成产品温升控制能力差，进而损伤绕组绝缘。所以在设计绕组结构时，需要注意电流密度适中，辐向、高度和气道排布合理，还可以利用薄绝缘树脂浇注形式，形成2.4毫米的内层树脂层厚度，4毫米的外层树脂层厚度，1.9毫米的气道两侧树脂层厚度，尽量的降低绝缘厚度，以提高散热性，也使散热更为均匀。[2]
三）低电密的多根导线并绕结构
电流密度较大会导致产品温升大，损耗高，因此结构设计中尽量选取低电密的材料；并且磁场强度决定了导线的集肤效应，使用多根导线并绕，使其截面积较小，且无环流产生，进一步降低损耗；除此之外，结构设计中可以采用数层轴向气道、进口环氧树脂和固化剂、真空浇注设备，还需通过固化时间—温度曲线进行拟合，杜绝龟裂现象的产生。
四）铁芯的材料和结构
铁芯的材料和结构决定其损耗程度，在设计中采用无闭合电回路结构，可以杜绝漏磁所带来的附加损耗和结构发热，使铁芯各部位处于绝缘的状态；，铁芯的压紧螺杆和拉紧螺杆可以使用低导磁不锈钢材料，也可以和无闭合电回路结构达到一样的效果，共同作用对提高并联电抗器损耗值有非常好的效果。
五）控制噪声的结构设计
噪声是因为振动而产生的，因此抑制电抗器的振动就是主要的解决方法，反映到结构设计中包括：减少铁芯磁密度、多根穿心螺杆铁芯饼结构、加装减振垫零部件等，同时，多台机器运行时，还要考虑噪音的叠加效果。
三、串联式电抗器结构设计
干式串联铁芯电抗器在实际的运行中常常会出现绕组损坏、匝间短路、噪音和温升过大等故障，影响了用电质量，造成了电网运行的不稳定，本文中从电抗率、电密磁密、散热面积和绝缘结构等结构设计方面提出改进。
一）电抗率选择
作为电抗器的重要参数，电抗率的大小决定了元件性能，在选择电抗率时首先要注意依据谐波量进行配置，比如：谐波3次的配置12%-13%的电抗器，谐波5次以上的配置4.5%-6%的电抗器；其次在主谐波频率时的电抗值应高于容抗值；最后，不论何种条件下，电容支路和电源回路都不允许产生谐波谐振。[3]
二）绝缘设计
串联回路合闸产生的电压非常大，非常容易出现铁芯电抗器现场烧损、匝间短路等事故，且很多都是因为绝缘设计不合理造成的，因此依照系统电压等级采用电抗器绝缘设计是非常必要的。绝缘材料一般可到F 级，不仅起到绝缘效果，还可控制温升，增加使用寿命。
三）绕组温升
干式串联铁芯电抗器绕组时常常也采用树脂浇注式结构，在导线总截面积固定的状况下可加大导线股数或者采用较窄线宽的导线达到减少横向涡流损耗、控制端部温升的作用，还可使用多包封结构加强线圈散热面积，此时要注意各包封风道板交错相间，包封间导线以串联方式相连，所有包封均温和各包封温升值全部低于要求。
四）铁芯温升
铁芯片中存在磁滞和涡流损耗，当结构设计不当时，极易造成铁芯温升超标，使得噪音增强，使用年限降低。因此，在结构设计中要注意：选取参数适合、具有取向的硅钢片，通过控制铁饼间气隙厚度降低衍射磁通和铁芯饼局部温升，根据具体情况决定铁饼上下端面是否设置散热通道。
五）其他
除此之外，还有夹件温升、气隙和磁通密度的结构设计，夹件的存在是为了固定铁轭、支撑及压紧线圈等，也非常容易发生温升过高，建议距离线圈较近的零件使用特殊的材料，比如无磁钢，还可以在夹件、线圈周围开一些孔或槽；气隙的设计取值需要注意，使用气隙理论值和铁饼工艺偏差值的差作为实际气隙值，分布气隙时尽量使其处在线圈高度内，最大限度增大串联铁芯电抗器的电抗值一次性合格率；电抗器磁通密度要明显低于其他铁芯产品磁密取值，通常电抗器设计磁密低于1 T，主磁通密度低于0.9 T。
四、总结
本文从产品设计的角度对干式铁芯电抗器中的并联式和串联式电抗器进行了详细讲解，由文章看出，二者存在很多共通性，却又有一些细节区别，相信在无数科学研究者的共同努力下，会出现更为完美的电抗器结构设计，为电力系统发展增光添彩。
参考文献：
[1] 车军丽.干式铁芯串联电抗器设计要点[J].商品与质量?学术观察，2014，12（12）：112-114
[2] 吴红波.干式串联铁芯电抗器设计中应注意的一些问题[J].高压电器，2010，32（82）：247-248
[3] 徐林峰，毛启武，欧小波.城网用10000kvar干式铁芯并联电抗器的设计[J].变压器，2015，30（26）：296-298
论文作者:田民生
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/21
标签：电抗器论文; 铁芯论文; 绕组论文; 结构设计论文; 结构论文; 干式论文; 电抗论文; 《电力设备》2016年第22期论文;