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摘要：本文基于流体力学及传热学基本理论，建立了干式空心并联电抗器含防雨帽的三维物理模型。应用有限体积法对额定工况下的并联电抗器的温升及流动特性进行分析。通过与温升试验数据的对比验证仿真计算的准确性及合理性，并为同类型电抗器的优化提供了一定的参考和工程应用价值。
关键字：干式空心并联电抗器；数值计算；温升分布；共轭传热
引言
与其他类型的电抗器相比，干式空心电抗器具有结构简单、线性度好、维护简单、噪声低、检测方便等诸多优点，因此被广泛应用于不同电压等级的输电线路中。近年来，随着我们对雨水、鸟类等自然现象对电抗器正常运行有影响的关注度逐年增加，雨水、鸟类等引起电抗器烧毁的现象层出不穷，目前特高压用干式空心电抗器运行时都已经佩戴防御帽。国内外的学者及专家通过有限元法、有限体积法等多种手段对干式空心电抗器绕组进行二维或三维的发热研究。但大多只分析了电抗器的绕组本身，笔者曾经分析过干式平波电抗器的有无防雨帽的温度场及流场对比，深知干式空心电抗器正常运行时防雨帽对电抗器周围空气流动影响较大，故作为本文分析重点之一的防雨帽对流场的作用不容小觑。
并联电抗器基本参数
本文以1000kV特高压交流输电工程用110kV干式空心并联电抗器为分析对象，对其在正常运行工况下电抗器绕组的温升及周围空气的流动特性进行耦合计算，110kV干式空心并联电抗器的基本设计参数如表1所示。
干式空心并联电抗器是由多绕组包封组成，每个包封又由铝导线及周围绝缘的环氧树脂和玻璃纤维组成。电抗器损耗主要由以下两部分组成：电阻性损耗 IR及涡流损耗。
交变磁场穿过绕组时，会在导线里感应出电动势，该电动势会在各导线截面内闭合的涡流电流。由涡流引起的损耗称为涡流损耗，其大小主要决定于导线的几何尺寸和磁场的大小与分布，并沿线圈高度方向变化。对于一个单元沿圆周所构成的体积内的涡流损耗计算，通常按漏磁通横纵两个正交方向的分量分别计算再求和。
电抗器绕组横向与纵向涡流损耗基本公式：
计算结果与分析
建立干式并联电抗器的三维模型，并进行温度场与流体场耦合计算，图1给出了干式并联电抗器绕组及周围空气温度分布，图2给出了电抗器各绕组及防雨帽的热点温升值。
分析与结论
本文笔者通过基于流体动力学方法建立了110kV干式空心并联电抗器较为详细的模型，并对正常运行工况下的温度场及流体场进行耦合计算，详细分析了带防雨帽后并联电抗器的温升分布特性，并与试验值进行了对比分析，得出以下结论：
数值计算的热点温升与实测热点温升相差较小，数值计算方法能满足工程的要求；
基于流体动力学分析能准确的计算出沿电抗器绕组高度方向的温升分布；
通过对干式并联电抗器温升分布进行计算，为防雨帽通风散热结构优化提供了理论指导。
参考文献:
[1] 杨世铭.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 阎秀恪等.空心电力电抗器的磁场研究与环流计算[J].变压器，2010.47（6）：2-9.
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论文作者:刘成柱,王红雨,张月华,孙文越
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/24
标签：电抗器论文; 绕组论文; 雨帽论文; 干式论文; 涡流论文; 导线论文; 工况论文; 《电力设备》2016年第10期论文;