空心电抗器电场及电动力问题分析

摘要

由于空心电抗器具有线性度好、结构简单、使用维护方便、重量轻、损耗低、噪声小等特点，近年来，在电力、冶金、煤矿、化工、风电和电气化铁路等领域获得了广泛地应用。深入分析空心电抗器内部绝缘的电场强度分布，有助于空心电抗器绝缘结构的合理设计；对空心电抗器内部结构所承受电动力的分析，有助于加强空心电抗器机械强度的设计，避免空心电抗器在运行过程中承受巨大的电动力从而破坏电抗器。
　　 首先对空心电抗器的结构特点进行了阐述，空心电抗器是由多个采用玻璃纤维浸：环氧树脂胶固化的同轴绕组包封组成，在电气上所有包封均并联在一起。空心电抗器主要由星架臂、电抗器线圈、引拔棒、支柱绝缘子、安装底座、隔磁升高座等部分组成。由于空心电抗器只有绕组，没有铁心(磁屏蔽电抗器除外)，实质上就是一个空心的电感器绕组。
　　 根据空心电抗器的实际结构，应用ANSYS软件分别对空心串联电抗器、空心并联电抗器建立二维电场分析模型。采用有限元法对电场分析模型进行剖分，然后对其导线层间、匝间电场进行了分析，得出相应的空心电抗器包封内部的电场强度和分布特点。然后利用MATLAB软件，对空心串联电抗器在送电运行瞬间下的端电压进行了分析，并得出相应的结论，空心串联电抗器在正常运行情况下，端电压一般并不太高，但在送电投入的瞬间其端电压与系统电压相一致，远远高于其正常运行状态下的电压。另外，对于表面发生绝缘开裂的空心电抗器，利用有限元法，对其绝缘结构中最大场强及其出现的位置进行了分析，并得出结论，由于绝缘开裂，导致其空心电抗器表面的电场增大很多倍，从而也说明了绝缘开裂是产生表面树枝状放电的主要原因之一。
　　 由于空心电抗器的主磁通与导线交链，因此空心电抗器各包封中每匝导线均承受着一定的电动力作用。对于空心电抗器而言，它所承受的电动力，产生机械应力传导至电抗器各包封中，并同时传到电抗器的其它部件上。在额定工作状态下，空心电抗器所承受的电动力一般来说都很小，然而在电抗器投入的瞬间或者短路状态下，空心电抗器中流过的电流将会远远大于其额定电流，从而使电抗器承受的电动力增大很多，甚至有可能导致电抗器发生故障。对空心电抗器正常运行状态、送电投入运行瞬间及承受短时电流状态下，利用ANSYS软件，对空心电抗器各层导线所承受的电动力分别进行了计算，从而得到了空心电抗器的电动力分布情况，为空心电抗器的设计提供了理论基础。