分析干式铁心并联电抗器气隙分布对损耗的影响

石国栋

（国网山东省电力公司冠县供电公司，山东 聊城 252500）

为了能够在根本上避免电力系统发生电压升高的现象，优化系统运行的稳定性、安全性，保证城市电网的供电质量，就需要对其所产生的损耗进行控制。但是，传统的方式已经不能满足工作的需求，加之城市人口数量众多，具有更加严格的防火要求，使得无污染、无油化、小型的设备成为城市电网发展的基本要求，而干式铁心并联电抗器恰恰具有体积小、漏磁小、损耗低、阻燃防爆的优势，从而广泛应用在电网改造之中。

1 干式铁心并联电抗器气隙的价值分析

在实际应用的过程中，铁磁介质有着较高的导磁率，同时其具有非线性的磁化曲线，所以必须保证干式铁心并联电抗器具有气隙。在这一基础上，基本上所有带气隙的铁磁其特征都具有明显的线性特征，从而保证干式铁心并联电抗器在1.8倍的运行中，其工频能够呈现出更加稳定的状态。就铁心电抗器而言，其磁通分为漏磁通、主磁通两部分，其中漏磁通一部分流过线圈占据一定的空间，同时与线圈的匝数逐次相交链；另外一部分则是铁心外径、流过线圈内径之间的空间，与线圈的匝数全部相交链。在其运行期间，主要就是充分发挥主磁路气隙的作用，对电抗进行合理、有效的调节，而干式铁心并联电抗器的实际效果与气隙的大小有着直接的关系，在磁通流过气隙时就会产生衍射的现象。

2 干式铁心并联电抗器运行中所产生的损耗

在干式铁心并联电抗器中，其损耗主要来自于三部分：线圈所产生的损耗（线损）、铁心所产生的损耗（铁损）、结构件漏磁所产生的损耗等（杂散损耗）。具体而言，干式铁心并联电抗器在运行中所产生的损耗包括：（1）线损。在干式铁心并联电抗器的运行中，线圈损耗包括直流电阻损耗、附加损耗等，其中直流电阻损耗主要是由于导线存在电阻，所以在运行中就会产生损耗；附加损耗则是由多股导线换位不完全、导线产生涡流等因素而引发的，由于干式铁心并联电抗器横向漏磁较小，可以在计算的过程中忽略不计，仅仅需要计算竖向的漏磁损耗。

（2）铁损。在日常的工程计算之中，计算铁芯损耗的方式与其相同，即将铁心质量与单位质量的铁心损耗相乘，再与系数相乘。由此能够发现，单位质量的铁心损耗与铁心的磁密、硅钢片的生产工艺存在密切的关系。对于干式铁心并联电抗器来说，铁心的磁密通常在0.8～1.05T之间，同时有取向的硅钢片损耗更小。

（3）杂散损耗。由于干式铁心并联电抗器在运行中，引线所产生的损耗、漏磁所产生的损耗等。

3 干式铁心并联电抗器气隙对损耗的主要影响

（1）损耗分析依据。通常情况下，干式铁心并联电抗器的容量较大，产生的损耗也相对较大。由于干式铁心并联电抗器会产生一定的损耗，所以其就会直接影响温升，而较高的温升又会降低绝缘材料的性能，给电网运行带来安全隐患，所以需要通过恰当的方式对干式铁心并联电抗器所产生的损耗进行控制。在干式铁心并联电抗器中，所使用的绝缘材料为F级，最佳的运行温度为155摄氏度，一旦超过该温度值10摄氏度，那么绝缘材质就会快速恶化，缩短其使用寿命。依据《6kV～35kV级干式铁心并联电抗器技术参数和要求》JB/T 10775-2007的相关规定：当温度为75摄氏度时，三相干式铁心并联电抗器的容量为6000kvar，而其所产生的损耗为31.4kW；当容量为10000kvar时，而其所产生的损耗为43kW，其最大的允许偏差为百分之十五。基于这样的理论基础，能够对干式铁心并联电抗器气隙对其损耗的影响进行详细的分析与研究，为保证结果的精准性提供基本条件。

（2）案例分析。结合上述的理论内容，本文以型号为BKSC-10000/10的铁心为试验对象，在稳定电抗、三相电抗的偏差分别为4.96%、5.49%、4.06%的条件下，环境温度为28摄氏度，干式铁心并联电抗器所产生的损耗为65.69kW，很明显这一结果已经远远超过了当前的国际标准。经过更加深入的分析：干式铁心并联电抗器中的气隙为160毫米，同时在生产的过程中预留出4个铁心并未进行浇筑，其目的是为了为调节电抗提供便利。但是，在对电抗进行实际调节的过程中，电抗在初试时的偏差较大，而为了保证其正常的范围之内，就需要在干式铁心并联电抗器最上面的铁心饼中加入气隙，从而实现对电抗调解的目的。具体而言，气隙分为两次加入，共计为16.5毫米，详细内容见表1。

由于干式铁心并联电抗器的损耗为直流电阻损耗、铁损、不完全换位损耗、导线涡流损耗、杂散损耗等多个方面，所以需要在生产完成、出厂之前，对铁心进行全面的质量检验，保证其符合产品的相关质量要求。

（3）影响结果分析。针对上述案例的现象，在很大的范围之内干式铁心并联电抗器漏磁的衰弱都是受气隙个数的影响。为了能够更加清楚的对型号为BKSC-10000/10干式铁心并联电抗器进行观察、分析，就需要将其模型设计为二维模型，并通过恰当的软件进行分析，从而更加精准的掌握漏磁的问题。

首先，依据型号为BKSC-10000/10干式铁心并联电抗器（原）气隙的实际分布，能够发现：不均匀的气隙分布就会导致漏磁场的线力发生偏移，这样的现象就会导致无法进行更加完全的换位，同时线圈增大其环流还会再次产生附加损耗。其次，同样依据干式铁心并联电抗器的气隙分布，可以发现：漏磁主要发生在最上面的13毫米的气隙位置处，并且明显高于6.5毫米位置处的漏磁问题。在这样的条件下，就会导致干式铁心并联电抗器线圈所产生的涡流损耗逐渐加大，甚至还会增加干式铁心并联电抗器结构件中的杂散损耗。

通过上述的分析，假设型号为BKSC-10000/10干式铁心并联电抗器，其气隙分布的不均匀性是增加铁心耗损的根本性原因。针对这一问题，重新对型号为BKSC-10000/10干式铁心并联电抗器的气隙进行分布，其具体的原则为：总气隙为160毫米，最上面的气隙为6毫米，其余的气隙均为7毫米。为了保证最终分布结果的精准性，工作人员可以通过特定的软件干式铁心并联电抗器的气隙分布进行仿真模拟，然后对仿真进行验证，这样的方式能够在很大程度上提高工作的质量、效率，相关的试验数据见表2。

表2 干式铁心并联电抗器的试验数据

在本次的试验分析中，干式铁心并联电抗器最终的损耗为38.3kW，完全符合相关部门对其运行的规定与要求。另外，在调试干式铁心并联电抗器的过程中，仅仅对其进行了一次调整，便将最终的总气隙控制在158毫米，为干式铁心并联电抗器的运行提供了前提条件。但是，如果干式铁心并联电抗器中的气隙并没有进行均匀分布，那么就需要在调节电抗期间进行反复的工作，而这样的现象不仅会影响工作效率，也会降低干式铁心并联电抗器的性能。

由此能够说明，干式铁心并联电抗器的损耗与气隙的分布之间具有显著的关系，所以在设计干式铁心并联电抗器的过程中，必须保证气隙能够以均匀的状态分布在铁心之间。另外，在设计干式铁心并联电抗器的过程中，应该适当的缩小铁轭位置处的气隙，从而最大程度的优化在干式铁心并联电抗器运行期间的漏磁问题，进而将损耗控制在合理的范围内。

4 结语

综上所述，气隙对于干式铁心并联电抗器的运行损耗有着直接的影响，因此需要工作人员对其进行合理的设计。以此为基础，气隙降低了干式铁心并联电抗器运行中的线损、铁损、杂散损耗等，提高了干式铁心并联电抗器运行的稳定性，提高了电网供电的质量，满足了相关要求。所以，为了能够实现降低干式铁心并联电抗器的损耗，就可以将气隙设置在其中。