干式空心电抗器的有限元分析与温度在线监测系统研制

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干式空心电抗器具有优良的电气性能,可以增加回路阻抗限制短路电流,抑制由于非线性负载引起的电网谐波“污染”,抵消线间容性电流,削弱容升效应对电网电压的影响,抑制合闸时候产生的冲击涌流等。随着电网的覆盖面越来越广,容量越来越大,对干式空心电抗器运行的稳定性提出了更高的要求。  根据变电站运行的数据记录可知,干式空心电抗器的匝间产生绝缘击穿的发生概率为65%之上,并且,电抗器在匝间产生绝缘击时,往往会导致绕组产生匝间的短路,在极端的情况下将会引发烧毁事件。由于受到运行环境恶劣设计不当等因素的影响,电抗器在运行时温升过高,造成包封绝缘损坏。分析干式空心电抗器的电磁场、温度场分布规律,有助于了解其运行的状态,定位在运行时的薄弱环节;对干式空心电抗器内各采集点的温度值和温升采取在线监测的手段,能够有效避免电抗器发生故障的进一步发展。因此,本课题采用有限元仿真,对干式空心电抗器的物理场具体分析,研究如下:  1、使用场路耦合的仿真,在电抗器磁场研究的基础上,计算了电抗器在运行过程中的电阻损耗(铜耗),分析电抗器在绕组偏差时对电流分布以及电动力大小的影响。  2、对电抗器进行热分析,包括其热源及散热方式,利用流场-温度场耦合的方法,对电抗器进行温度场仿真,其中,电抗器的热源为电磁场分析的电阻损耗产生的热量。分析电抗器的绝缘包封在轴向上和径向上的温度,定位包封的温度热点,由此能够对电抗器温度在线监测系统的温度传感器在电抗器内的合理布置。  3、基于物联网模式研制了一套干式空心电抗器的温度在线监测系统,该系统的温度传感器具有体积小的特点,易于安设在包封间狭小气道间;传感器与采集终端采取了ZigBee通信,传输信号不受电磁干扰;通过网络云平台能够方便监测电抗器包封温度,当温度值越限时,系统能够进行报警。最后,在某变电站运行的电抗器中安装了该系统,结果表明,该系统运行稳定、可靠而且低功耗,现场的测量值与软件中仿真得到的结果值基本一致,规律性明显。因此,该在线测温系统能够辅助检测电抗器是否正常运行,预防事故发生。
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