空心电抗器工频磁场计算及改善磁场分布的研究

论文摘要

变电站的瞬态和稳态电磁环境问题是近些年来电磁兼容领域的重要研究项目。国内外对变电站的计算和测试结果表明,变电站的工频磁场污染主要来源于电抗器。而干式空心电抗器以其起始电压分布均匀、线性度好、损耗小、噪音低、安装方便、维护简单等优点,在电力系统中得到了广泛应用。由于无闭合磁回路,空心电抗器磁场发散严重,具有较强的穿透力,不但对周围其它电气设备产生影响,而且对职业暴露构成潜在的危害。而强磁场下的职业暴露和公众暴露问题也日益成为环境保护部门和电力行业共同关心的问题。目前针对空心电抗器周围磁场分布的研究方法主要有解析计算,现场测试和数值计算这三种,研究内容主要集中于空心电抗器的严重漏磁及其危害上,而对于如何改善其磁场分布的研究则几乎没有。本文在对干式空心电抗器的基本结构和工作原理详细了解的情况下,深入学习了电抗器三维涡流磁场的数值计算方法。最后选择并创新应用了棱边与节点有限元混合的有限元算法计算电抗器的磁场分布。本文选取重庆市某500kV变电站的35kV干式空心电抗器组作为计算模型,研究过程中对该电抗器组周围的磁场进行了现场测量,将磁场仿真结果与测量结果进行对比,结果证明本文所建立的电抗器模型是准确的,所用的有限元计算方法也是可行的。针对干式空心电抗器漏磁过大的问题,本文从职业暴露安全的角度考虑,探讨了多种改善电抗器磁场分布的措施。从工频磁场屏蔽的角度,首先提出了对电抗器架设低电阻率防护体的措施。通过比较防护体的材料、尺寸、位置等因素对电抗器磁感应强度的影响,最终得出最优架设方案。并通过分析计算防护体架设对电抗器电抗值造成的偏差及损耗,验证该措施的可行性。同样是从工频磁场屏蔽的角度,本文还探讨了对电抗器加装高磁导率屏蔽体,以改善电抗器周围磁场分布的可行性,仿真分析了各种屏蔽方式下空心电抗器磁感应强度的屏蔽效果。本文还从电抗器磁场泄漏预防的角度出发,适当地改变电抗器组的安装方式,如三相安装位置、相间距离和离地高度等,使得电抗器的磁场分布在不同程度上得到改善,希望能对变电站设计时选择电抗器的安装方式提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 电抗器磁场干扰问题的提出
• 1.1.1 变电站电磁环境
• 1.1.2 电抗器的分类及结构特点
• 1.1.3 空心电抗器的磁场分布
• 1.2 空心电抗器磁场的国内外研究现状
• 1.2.1 空心电抗器磁场分析综述
• 1.2.2 空心电抗器三维涡流场研究概述
• 1.2.3 空心电抗器磁场屏蔽研究现状
• 1.3 本文的工作
• 2 干式空心电抗器计算模型的建立
• 2.1 电抗器物理模型及简化
• 2.2 电抗器涡流场控制方程及边界条件
• 2.3 电抗器涡流场有限元方法的实施
• 2.4 小结
• 3 干式空心电抗器磁场仿真分析
• 3.1 空心电抗器磁场的实际测量
• 3.2 空心电抗器磁场分布仿真
• 3.2.1 单相电抗器磁场仿真分析
• 3.2.2 三相电抗器组磁场仿真分析
• 3.3 真与测量结果对比
• 3.4 小结
• 4 低电阻率防护体对电抗器磁场分布的改善
• 4.1 工频磁场屏蔽的原理
• 4.2 低电阻率防护体的架设研究
• 4.2.1 电抗器下方水平架设防护板
• 4.2.2 职业暴露区一侧垂直架设防护板
• 4.3 防护体的最优架设方案及可行性分析
• 4.3.1 最优架设方案
• 4.3.2 防护体架设的可行性
• 4.4 小结
• 5 高磁导率材料的磁屏蔽研究
• 5.1 高磁导率屏蔽材料在电抗器中的应用
• 5.2 空心电抗器加装磁屏蔽体
• 5.3 小结
• 6 安装方式对电抗器磁场分布的影响
• 6.1 电抗器组三相位置对磁场分布的影响
• 6.2 电抗器组离地高度对磁场分布的影响
• 6.3 电抗器组相间距离对磁场分布的影响
• 6.4 小结
• 7 结论
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文