分析干式鐵心并聯電抗器氣隙分布對損耗的影響

石國棟

（國網山東省電力公司冠縣供電公司，山東 聊城 252500）

為了能夠在根本上避免電力系統發生電壓升高的現象，優化系統運行的穩定性、安全性，保證城市電網的供電質量，就需要對其所產生的損耗進行控制。但是，傳統的方式已經不能滿足工作的需求，加之城市人口數量眾多，具有更加嚴格的防火要求，使得無污染、無油化、小型的設備成為城市電網發展的基本要求，而干式鐵心并聯電抗器恰恰具有體積小、漏磁小、損耗低、阻燃防爆的優勢，從而廣泛應用在電網改造之中。

1 干式鐵心并聯電抗器氣隙的價值分析

在實際應用的過程中，鐵磁介質有著較高的導磁率，同時其具有非線性的磁化曲線，所以必須保證干式鐵心并聯電抗器具有氣隙。在這一基礎上，基本上所有帶氣隙的鐵磁其特征都具有明顯的線性特征，從而保證干式鐵心并聯電抗器在1.8倍的運行中，其工頻能夠呈現出更加穩定的狀態。就鐵心電抗器而言，其磁通分為漏磁通、主磁通兩部分，其中漏磁通一部分流過線圈占據一定的空間，同時與線圈的匝數逐次相交鏈；另外一部分則是鐵心外徑、流過線圈內徑之間的空間，與線圈的匝數全部相交鏈。在其運行期間，主要就是充分發揮主磁路氣隙的作用，對電抗進行合理、有效的調節，而干式鐵心并聯電抗器的實際效果與氣隙的大小有著直接的關系，在磁通流過氣隙時就會產生衍射的現象。

2 干式鐵心并聯電抗器運行中所產生的損耗

在干式鐵心并聯電抗器中，其損耗主要來自于三部分：線圈所產生的損耗（線損）、鐵心所產生的損耗（鐵損）、結構件漏磁所產生的損耗等（雜散損耗）。具體而言，干式鐵心并聯電抗器在運行中所產生的損耗包括：（1）線損。在干式鐵心并聯電抗器的運行中，線圈損耗包括直流電阻損耗、附加損耗等，其中直流電阻損耗主要是由于導線存在電阻，所以在運行中就會產生損耗；附加損耗則是由多股導線換位不完全、導線產生渦流等因素而引發的，由于干式鐵心并聯電抗器橫向漏磁較小，可以在計算的過程中忽略不計，僅僅需要計算豎向的漏磁損耗。

（2）鐵損。在日常的工程計算之中，計算鐵芯損耗的方式與其相同，即將鐵心質量與單位質量的鐵心損耗相乘，再與系數相乘。由此能夠發現，單位質量的鐵心損耗與鐵心的磁密、硅鋼片的生產工藝存在密切的關系。對于干式鐵心并聯電抗器來說，鐵心的磁密通常在0.8～1.05T之間，同時有取向的硅鋼片損耗更小。

（3）雜散損耗。由于干式鐵心并聯電抗器在運行中，引線所產生的損耗、漏磁所產生的損耗等。

3 干式鐵心并聯電抗器氣隙對損耗的主要影響

（1）損耗分析依據。通常情況下，干式鐵心并聯電抗器的容量較大，產生的損耗也相對較大。由于干式鐵心并聯電抗器會產生一定的損耗，所以其就會直接影響溫升，而較高的溫升又會降低絕緣材料的性能，給電網運行帶來安全隱患，所以需要通過恰當的方式對干式鐵心并聯電抗器所產生的損耗進行控制。在干式鐵心并聯電抗器中，所使用的絕緣材料為F級，最佳的運行溫度為155攝氏度，一旦超過該溫度值10攝氏度，那么絕緣材質就會快速惡化，縮短其使用壽命。依據《6kV～35kV級干式鐵心并聯電抗器技術參數和要求》JB/T 10775-2007的相關規定：當溫度為75攝氏度時，三相干式鐵心并聯電抗器的容量為6000kvar，而其所產生的損耗為31.4kW；當容量為10000kvar時，而其所產生的損耗為43kW，其最大的允許偏差為百分之十五。基于這樣的理論基礎，能夠對干式鐵心并聯電抗器氣隙對其損耗的影響進行詳細的分析與研究，為保證結果的精準性提供基本條件。

（2）案例分析。結合上述的理論內容，本文以型號為BKSC-10000/10的鐵心為試驗對象，在穩定電抗、三相電抗的偏差分別為4.96%、5.49%、4.06%的條件下，環境溫度為28攝氏度，干式鐵心并聯電抗器所產生的損耗為65.69kW，很明顯這一結果已經遠遠超過了當前的國際標準。經過更加深入的分析：干式鐵心并聯電抗器中的氣隙為160毫米，同時在生產的過程中預留出4個鐵心并未進行澆筑，其目的是為了為調節電抗提供便利。但是，在對電抗進行實際調節的過程中，電抗在初試時的偏差較大，而為了保證其正常的范圍之內，就需要在干式鐵心并聯電抗器最上面的鐵心餅中加入氣隙，從而實現對電抗調解的目的。具體而言，氣隙分為兩次加入，共計為16.5毫米，詳細內容見表1。

由于干式鐵心并聯電抗器的損耗為直流電阻損耗、鐵損、不完全換位損耗、導線渦流損耗、雜散損耗等多個方面，所以需要在生產完成、出廠之前，對鐵心進行全面的質量檢驗，保證其符合產品的相關質量要求。

（3）影響結果分析。針對上述案例的現象，在很大的范圍之內干式鐵心并聯電抗器漏磁的衰弱都是受氣隙個數的影響。為了能夠更加清楚的對型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯電抗器進行觀察、分析，就需要將其模型設計為二維模型，并通過恰當的軟件進行分析，從而更加精準的掌握漏磁的問題。

首先，依據型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯電抗器（原）氣隙的實際分布，能夠發現：不均勻的氣隙分布就會導致漏磁場的線力發生偏移，這樣的現象就會導致無法進行更加完全的換位，同時線圈增大其環流還會再次產生附加損耗。其次，同樣依據干式鐵心并聯電抗器的氣隙分布，可以發現：漏磁主要發生在最上面的13毫米的氣隙位置處，并且明顯高于6.5毫米位置處的漏磁問題。在這樣的條件下，就會導致干式鐵心并聯電抗器線圈所產生的渦流損耗逐漸加大，甚至還會增加干式鐵心并聯電抗器結構件中的雜散損耗。

通過上述的分析，假設型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯電抗器，其氣隙分布的不均勻性是增加鐵心耗損的根本性原因。針對這一問題，重新對型號為BKSC-10000/10干式鐵心并聯電抗器的氣隙進行分布，其具體的原則為：總氣隙為160毫米，最上面的氣隙為6毫米，其余的氣隙均為7毫米。為了保證最終分布結果的精準性，工作人員可以通過特定的軟件干式鐵心并聯電抗器的氣隙分布進行仿真模擬，然后對仿真進行驗證，這樣的方式能夠在很大程度上提高工作的質量、效率，相關的試驗數據見表2。

表2 干式鐵心并聯電抗器的試驗數據

在本次的試驗分析中，干式鐵心并聯電抗器最終的損耗為38.3kW，完全符合相關部門對其運行的規定與要求。另外，在調試干式鐵心并聯電抗器的過程中，僅僅對其進行了一次調整，便將最終的總氣隙控制在158毫米，為干式鐵心并聯電抗器的運行提供了前提條件。但是，如果干式鐵心并聯電抗器中的氣隙并沒有進行均勻分布，那么就需要在調節電抗期間進行反復的工作，而這樣的現象不僅會影響工作效率，也會降低干式鐵心并聯電抗器的性能。

由此能夠說明，干式鐵心并聯電抗器的損耗與氣隙的分布之間具有顯著的關系，所以在設計干式鐵心并聯電抗器的過程中，必須保證氣隙能夠以均勻的狀態分布在鐵心之間。另外，在設計干式鐵心并聯電抗器的過程中，應該適當的縮小鐵軛位置處的氣隙，從而最大程度的優化在干式鐵心并聯電抗器運行期間的漏磁問題，進而將損耗控制在合理的范圍內。

4 結語

綜上所述，氣隙對于干式鐵心并聯電抗器的運行損耗有著直接的影響，因此需要工作人員對其進行合理的設計。以此為基礎，氣隙降低了干式鐵心并聯電抗器運行中的線損、鐵損、雜散損耗等，提高了干式鐵心并聯電抗器運行的穩定性，提高了電網供電的質量，滿足了相關要求。所以，為了能夠實現降低干式鐵心并聯電抗器的損耗，就可以將氣隙設置在其中。