基于电磁-热-力多物理场仿真的铁心电抗器结构参数分层优化方法研究

为了解决干式铁心电抗器多目标优化设计存在的不足,提出一种基于灵敏度分析的分层优化方法。首先,根据铁心电抗器的结构参数建立仿真模型,获得了电抗器电磁、温升和振动特性,在此基础上,基于多物理场仿真和拉丁超立方试验设计方法,结合灵敏度分析技术,得出结构参数对电抗器各性能目标的影响规律;其次,建立了铁心电抗器多目标优化模型,将优化目标与结构参数划分为2个层次,进行降维处理;最后,采用响应面法(RSM)和NSGA-Ⅱ算法分别获得了分层后最佳的铁心和绕组结构参数,并通过仿真验证优化方法的有效性。结果表明该方法能有效提高干式铁心电抗器的各项性能同时控制成本和损耗,可为铁心电抗器向质量效益型和绿色低碳型转变提供借鉴和参考。

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

金属导体用量和损耗是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,本文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场–流场–温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流–热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场–结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,从而获得铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗仅增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时在满足设计要求的基础上温升和振动分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。

铁心电抗器气隙损耗的研究与分析

针对铁心电抗器的气隙损耗存在计算难的问题,通过仿真进行研究与分析,分解了铁心电抗器气隙损耗。气隙的衍射磁通引起了附加损耗,分别在不锈钢夹板、铝制水冷板及线圈上形成涡流损耗。结合实际的铁心电抗器产品进行测试对比,验证了仿真计算的可行性和准确性,可以为铁心电抗器气隙损耗的计算提供一种可靠准确的计算方法,同时为铁心电抗器的优化设计给出可行建议。

铁心电抗器气隙边缘效应计算及影响因素

提出一种用于计算气隙等效导磁面积的方法:用有限元法计算自感,将漏感从仿真所得自感中扣除,再结合主电感理论公式反推出气隙等效导磁面积扩大系数。分析了电感参数及ANSYS计算原理;结合对比文献论证了本方法的优越性;实验和仿真验证了该方法的正确性;定性分析气隙边缘效应的影响因素。研究结果表明:主要影响因素依次为气隙长度、铁心截面积、铁心相对磁导率,且气隙长度起主导作用;气隙等效导磁面积扩大系数与气隙长度呈正比,与铁心截面积和相对磁导率呈反比。本方法有效避免了漏电感的影响,所得结论可为铁心电抗器的设计提供参考依据。

干式带气隙铁心电抗器电感计算方法

笔者基于干式带气隙铁心电抗器磁场的有限元法数值仿真结果,对传统解析近似法计算铁心气隙衍射磁通等效导磁面积公式进行了修正,提出了一种改进解析近似法;将提出的方法用于实例计算,并与数值仿真结果比较,表明该方法能提高带气隙铁心电抗器电感计算精度。

干式串联铁心电抗器振动噪声控制研究

基于APDL参数化语言建立了电抗器铁心及周围磁场分布的三维模型,在ANSYS仿真环境中,对电抗器铁心振动噪声进行了多场耦合有限元分析,建立了电抗器铁心振动与噪声的关系,定量的计算了振动产生噪声的强度与分布,结合干式串联电抗器铁心的结构特点,提出了振动噪声控制的改进方法,并通过有限元计算对改进后的振动噪声情况进行了评价。

铁心电抗器气隙等效导磁面积计算

以一台实际干式带气隙铁心电抗器为例,建立电抗器的三维电磁场仿真模型,给出仿真模型内的基本假设和边界条件;采用有限元分析,计算出了不同气隙下铁心电抗器的电感值和磁路中的磁感应强度矢量图,并与部分实测数据相对比,验证了仿真模型与仿真结果的正确性.然后,以铁心电抗器的电感量为主要研究对象,定量计算在不同气隙与不同铁心直径下电抗器的电感值,给出了电感值随气隙和铁心直径的变化曲线并对其拟合及定性分析.最后,结合铁心电抗器计算公式和基本假设,推算出气隙处磁通等效导磁面积扩大系数,研究气隙等效导磁面积扩大系数随气隙和铁心直径的变化关系.所得结论可以为此类电抗器的设计计算提供一定的技术支持.

空心与铁心电抗器工频磁场测量与分析

试验表明干式铁心电抗器工频磁场对环境影响小 ,优于空芯电抗器。空心电抗器磁场强度随距离变远而减弱 ,一般在数十 m T及以下。

干式串联铁心电抗器设计中应注意的一些问题

串联铁心电抗器实际运行时经常出现故障,给电网运行的稳定性和用电质量造成了一定程度影响。笔者分析了串联铁心电抗器设计中导致产品故障的常见原因,例如绕组烧坏、匝间短路、噪音和温升过高等,同时为防范运行故障的发生,提出了设计中应合理选择电抗率、电密磁密、散热面积,以及重视绝缘结构的设计等具体措施。实践证明这些措施是行之有效的,对串联铁心电抗器的设计、制造和运行维护具有一定的借鉴意义。

一种三相铁心电抗器磁场分析及其电感量计算

对三相串联铁心电抗器进行了三维电磁场仿真研究,并计算了三相铁心电抗器的每相电感量。

改进遗传算法在铁心电抗器优化设计中的应用

提出了一种改进的遗传算法,它采用进化前后期分别调整交叉概率、变异概率,二次交叉,对指定基因集中变异以及移民策略等手段保证在整个进化过程都能有效搜索空间,克服了传统算法容易陷入局部最优的缺点。它在铁心电抗器优化设计中的应用及与传统算法的比较,证明了改进算法的有效性和先进性。

一起串联铁心电抗器烧毁事故原因分析

2007年上半年，某变电站反映10kV系统在运行中由我厂生产的树脂浇注串联铁心电抗器烧坏，我厂技术人员到现场勘察后发现，电抗器绕组全部烧毁，树脂浇注层有多处裂纹，绕组第三段烧毁情况尤为严重。

一起因容量不匹配导致的串联铁心电抗器烧坏事故分析

1.事故情况 2008年上半年，某变电站反映其10kV系统运行的我厂生产的型号为CKSC-360／10-12树脂浇注串联铁心电抗器烧坏。经现场勘察后发现铁心电抗器绕组烧坏情况严重，绕组上部浇注树脂脱落；绕组上部铜导线漆膜大部分消失而露出本色；B柱、C柱绕组上端导线上翘严重变形，导线同时接触到上夹件；多个压垫块震落。

串联铁心电抗器的振动研究

电抗器的振动不仅会产生噪声污染还会影响电抗器的安全运行。串联铁心电抗器产生振动的原因除硅钢片的磁致伸缩效应外,还包括铁心气隙处的电磁力。首先建立了考虑磁致伸缩效应的串联铁心电抗器三维磁-机械耦合模型,依据此模型计算了单独考虑电磁力、单独考虑磁致伸缩力及二者共同作用下电抗器振动的加速度值,结果表明磁致伸缩效应与电磁力都对电抗器的振动产生影响,在不同方向上二者的作用有所不同。最后通过与实验测得的振动加速度值进行比较,发现测量值与同时考虑磁致伸缩效应和电磁力的计算值更加吻合,从而验证了所建模型的正确性,为进一步研究电抗器的减振降噪提供理论依据。

干式风道式串联铁心电抗器绕组温升计算

串联铁心电抗器主要应用于抑制电网电容器投入瞬间产生的合闸涌流和消除系统中多次谐波。近年来随着铜材料单价的大幅上涨，电抗器生产厂家成本压力也随之增大，绕组带风道的干式电抗器因其散热面较大，导线电流密度取值高，导线成本低，而越来越得到生产厂家的青睐，但是风道式串联铁心电抗器设计的一大难点便是绕组温升计算。

含非线性铁心电抗器电路的模拟计算

利用物理模拟的方法计算了含非线性电抗器电路。

基于变频谐振技术的干式铁心电抗器匝绝缘缺陷检测方法

为解决脉冲振荡匝绝缘耐压试验设备无法应用于铁心电抗器匝绝缘缺陷检测和雷电冲击试验考核匝绝缘不全面问题,本文提出基于变频谐振技术的铁心电抗器匝绝缘缺陷检测方法。文中对现行相关标准进行了详细分析,证明了采用高频耐压的必要性,给出了变频谐振匝绝缘缺陷检测电路原理,并给出试验容量确定方法。文中通过一台具体铁心电抗器参数的仿真分析,给出匝绝缘短路前后的时域检测结果和测试回路幅频特性变化,进一步验证了采用电压失谐作为铁心电抗器匝绝缘缺陷检测的正确性。

铁心电抗器高频法匝绝缘试验关键技术研究

为解决铁心电抗器匝绝缘无法有效进行耐压试验的问题,本文提出谐振高频法匝绝缘试验方法,文中通过比较分析阐明高频法的优越性,给出试验电压选择依据,并给出试验电流和频率关系,提出满足串、并抗的试验频率范围。通过理论分析得出了串联谐振下的逆变方波电源输出端电压和试品电抗器端电压的解析表达式,并对谐振条件检测与频率调谐进行时域同步算法分析。文中搭建谐振高频法匝绝缘耐压试验系统,分析串联电抗器串并联混合补偿电容主要参数关系,给出对应的谐振试验回路关键元件参数选取原则。实验结果表明,本文谐振高频法可实现铁心电抗器匝间绝缘缺陷有效检测,为实际工程应用提供重要的参考。

基于Maxwell的干式铁心电抗器绕组涡流损耗分析

为研究干式铁心电抗器在运行过程中绕组局部温度过高的现象,文中针对绕组中涡流损耗对导线电流密度分布的影响进行分析。建立干式铁心电抗器的三维有限元模型,运用Maxwell有限元方法,仿真分析了电抗器的漏磁分布和绕组涡流损耗分布情况。结果表明,绕组端部及铁心气隙处漏磁现象明显,在绕组中产生较大的涡流损耗。绕组涡流损耗占电阻损耗的5.3%。

干式铁心电抗器结构参数对损耗的影响

针对上下移动电抗器线圈和改变气隙分布可使电抗器损耗变化20%以上这一现象,用ANSYS软件对干式铁心电抗器的磁场进行了分析,得出线圈涡流损耗与铁心电抗器结构的关系,并提出了设计电抗器铁心时应考虑安匝平衡,以降低铁心电抗器的损耗。通过电磁场计算,分析了铁饼高度与气隙长度对线圈涡流损耗的影响程度,得出合理的铁饼高度和气隙长度的范围,可为今后电抗器设计提供参考。