CN103762057A - 一种空心电抗器模型简化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心电抗器模型简化方法，包括以下步骤：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型以及若干圆环形载流导体作为简化模型；利用磁场测量仪测量空心电抗器的原模型对应的径向磁场及轴向磁场；利用磁场测量仪测量简化模型对应的径向磁场及轴向磁场；通过比较原模型对应的径向磁场及轴向磁场与简化模型对应的径向磁场及轴向磁场，选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。在保证能够近似模拟原模型空间磁场分布的基础上，采用简化模型代替复杂的原模型，可明显简化空心电抗器模型的建立和制作过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心电抗器模型简化方法。
背景技术
随着我国用电量的增加，电网迅速发展，空心电抗器因具有起始电压分布均匀、线性度好、损耗小和噪音低等优点，在无功补偿、故障限流等领域得到日益广泛的应用。然而，空心电抗器不具有闭合的铁磁回路，在运行时不但会在其周围产生强工频空间磁场，而且对变电站周围电气设备的安全稳定运行构成复杂影响，故已成为变电站电磁污染的主要来源。此外，空心电抗器的空间磁场还可能对工作人员以及周边居民存在潜在的健康威胁。近年来，随着智能变电站的发展和人们环保意识的增强，大型空心电抗器的磁场预测及其对周边环境的磁场污染问题越来越受到关注，对空心电抗器空间磁场分布特性的研究也显得愈加迫切。
针对空心电抗器空间磁场的分布问题，国内外进行了大量研究，可主要分为以下三类。第一类为解析计算法，即根据毕奥-沙伐尔定律，先计算出单匝线圈附近的磁场，再通过叠加原理得到空心电抗器的磁场分布。第二类是数值计算法，此类方法从Maxwell方程出发，推导出微分或积分形式的简化数学公式，然后用有限元法等仿真方法进行求解。以上两种方法均需要预先获取空心电抗器的详细结构参数，目前大型电抗器的计算结果精确度仍有待提高。第三类为实验法，可细分为现场测量法和缩比实验法两种。现场测量法能较准确、直观地测得电抗器周围的磁场分布，但须投入较大的人力和物力，且无法在建造完成前进行测量。缩比实验法是指将大型磁场源按一定比例缩小，同时电流、电压、频率等物理量按照缩比准则分别缩小或放大，通过测量缩比模型周围的磁场，以达到预测原大型磁场源空间磁场分布情况的目的。
无论采用上述哪种方法进行空心电抗器空间磁场的测量和评估，都将面临空心电抗器数学模型或实际实验模型较复杂、制作模型时间较长的问题。为此必须寻求简化空心电抗器模型建立过程和缩短建模时间的新方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种空心电抗器模型简化方法，该方法基于空心电抗器的原模型，提出将若干圆环形载流导体作为空心电抗器的简化模型。采用该简化模型，可明显简化空心电抗器模型建立过程，缩短建模时间。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种空心电抗器模型简化方法，包括以下步骤：
步骤一：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型以及若干圆环形载流导体作为简化模型；
步骤二：利用磁场测量仪测量空心电抗器的原模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤三：保证流经简化模型对应的圆环形载流导体的电流密度与空心电抗器的原模型相同，利用磁场测量仪测量简化模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤四：通过比较原模型对应的径向磁场及轴向磁场与简化模型对应的径向磁场及轴向磁场，并选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。
所述步骤一中，空心电抗器的原模型长度为l=134mm，直径为D=138mm，匝数为N=120，背景磁场为0.03μT，流经模型的电流为0.03A，频率为50Hz。
所述步骤一中，简化模型包括单线圈简化模型、双线圈简化模型和三线圈简化模型。
所述步骤二中，测量空心电抗器的原模型的径向磁场时，磁场测量仪放在高度为67mm处，即模型中心的高度。
所述单线圈简化模型将所有匝集中在一个圆环形载流导体中，圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。空心电抗器的原模型简称原模型。
所述双线圈简化模型使用两个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3/2倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。
根据两圆环形载流导体的间隔距离不同，双线圈简化模型包括两种结构，结构一中，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/3l和2/3l；结构二中，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/4l和3/4l。
所述三线圈简化模型使用三个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小和频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。
根据三圆环形载流导体的间隔不同，三线圈简化模型包括三种结构，结构一中，三个圆环形载流导体分别位于模型的顶部、高度中央和底部；结构二中，三圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/4l、1/2l和3/4l；结构三中，三圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/8l、1/2l和7/8l。
所述空心电抗器的原模型或其简化模型与交流电源及电流表串联，磁场测量仪的探头可灵活放置以测量不同位置的磁感应强度，在实验中，连接各装置的导线互相缠绕，以抵消其本身产生的磁场，从而减小测量误差。
所述单线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.09A、50Hz的电流。
所述测量单线圈简化模型对应的径向磁场及轴向磁场时，测量径向磁场时，磁场测量仪与单线圈简化模型高度相同。
所述双线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.045A、50Hz的电流。
所述测量双线圈简化模型对应的径向磁场及轴向磁场时，测量径向磁场时，磁场测量仪放置于两个圆环形载流导体中间位置。
所述三线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.03A、50Hz的电流。
所述测量三线圈简化模型对应的径向磁场及轴向磁场时，测量径向磁场时，磁场测量仪放置于与中间圆环形载流导体同高度的位置。
所述空心电抗器的原模型及测量简化模型对应的径向磁场时，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm，测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
本发明的有益效果：
本发明的优点在于，在保证能够近似模拟原模型空间磁场分布的基础上，采用简化模型代替复杂的原模型，可明显简化空心电抗器模型的建立和制作过程，大大缩短设计和研发周期，在空心电抗器空间磁场预测方面具有重要的技术价值和潜在的经济效益。
附图说明
图1为单线圈简化模型结构；
图2双线圈简化模型结构一；
图3双线圈简化模型结构二；
图4三线圈简化模型结构一；
图5三线圈简化模型结构二；
图6三线圈简化模型结构三；
图7原模型与简化模型径向磁感应强度示意图；
图8原模型与简化模型轴向磁感应强度示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种空心电抗器模型简化方法，包括以下步骤：
步骤一：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型以及若干圆环形载流导体作为简化模型；
步骤二：利用磁场测量仪测量空心电抗器的原模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤三：保证流经简化模型对应的圆环形载流导体的电流密度与空心电抗器的原模型相同，利用磁场测量仪测量简化模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤四：通过比较原模型对应的径向磁场及轴向磁场与简化模型对应的径向磁场及轴向磁场，并选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。
本发明在实验室中建立了空心电抗器的原模型，以及若干圆环形载流导体作为简化模型，测量其附近的径向和轴向空间磁场分布，比较并选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。
在原模型和简化模型的空间磁场测量实验中，假定***电源及设备均为理想情况且工作在准静态频率下，忽略内阻。空心电抗器原模型或其简化模型与交流电源及电流表串联，磁场测量仪的探头可灵活放置以测量不同位置的磁感应强度。在实验中，连接各装置的导线互相缠绕，以抵消其本身产生的磁场，从而减小测量误差。
空心电抗器原模型磁场测量：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型，此模型的长度为l=134mm，直径为D=138mm，匝数为N=120。背景磁场为0.03μT，流经模型的电流为0.03A，频率为50Hz。
测量径向磁场时，磁场测量仪放在高度为67mm处，即模型中心的高度，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm。测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
实施例1：空心电抗器单线圈简化模型磁场测量
如图1所示，对于空心电抗器的简化模型，我们首先将模型中所有匝集中在一个圆环形载流导体中，称为单环简化模型。本发明为了模型制作的简便，绕制一个匝数为40的圆环形载流导体，其直径与原模型相同。为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.09A、50Hz的电流。
测量径向磁场时，磁场测量仪与单环简化模型高度相同，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm。测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
实施例2：空心电抗器双环简化模型磁场测量
第二种简化模型是使用两个圆环形载流导体代替原模型，称为双环简化模型。本发明所绕制的每个圆环形载流导体匝数都为40，其直径与原模型相同。为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.045A、50Hz的电流。
根据两圆环形载流导体的间隔距离不同，本发明研究图2所示两种结构。如图2所示，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/3l和2/3l；如图3所示，两圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/4l和3/4l。
测量径向磁场时，磁场测量仪放置于两个圆环形载流导体中间位置，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm。测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
实施例3：空心电抗器三环简化模型磁场测量
第三种简化模型是使用三个圆环形载流导体代替原模型，称为三环简化模型。本发明所绕制的每个圆环形载流导体匝数都为40，其直径与原模型相同。为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.03A、50Hz的电流。
根据三圆环形载流导体的间隔不同，本发明研究图3所示三种结构。如图4所示，，三个圆环形载流导体分别位于模型的顶部、高度中央和底部；如图5所示，三圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/4l、1/2l和3/4l；如图6所示，三圆环形载流导体距离模型顶部分别为1/8l、1/2l和7/8l。
测量径向磁场时，磁场测量仪放置于与中间圆环形载流导体同高度的位置，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm。测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
简化模型测量结果分析：根据测量结果，可以画出原模型及简化模型径向和轴向的磁感应强度随测量距离变化的曲线，如图7和8所示。可知，上述六种结构的简化模型都可近似模拟原模型径向及轴向磁场，但在距离中心200mm范围内，简化模型所测得结果误差较大，其原因主要是测量仪器探头尺寸大。在距离200mm范围外，简化模型能较好地模拟原模型。
综合考虑到制作模型的简便程度以及模型的精确度，将双环简化模型结构1作为六种结构中的最优模型。利用该简化模型，可简便、迅速地模拟空心电抗器附近的磁场分布，径向测量结果在模型直径1.5倍距离外较精确，轴向测量结果在模型长度1.5倍距离外较精确。实际工程中空心电抗器的直径和高度均为1～2m，而社会公众的活动范围一般大于空心电抗器直径的1.5倍，故简化模型在预测空心电抗器磁场分布时有重要的实际意义。
上述内容虽然结合附图阐述了本发明的具体实施方式，但并非对本发明保护范围的限制。在本发明技术方案的基础上，不付出创造性劳动而做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：首先绕制线圈作为空心电抗器的原模型以及若干圆环形载流导体作为简化模型；
步骤二：利用磁场测量仪测量空心电抗器的原模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤三：保证流经简化模型对应的圆环形载流导体的电流密度与空心电抗器的原模型相同，利用磁场测量仪测量简化模型对应的径向磁场及轴向磁场；
步骤四：通过比较原模型对应的径向磁场及轴向磁场与简化模型对应的径向磁场及轴向磁场，并选择最接近空心电抗器原模型磁场分布的最优简化模型。
2.如权利要求1所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述步骤一中，空心电抗器的原模型长度为l=134mm，直径为D=138mm，匝数为N=120，背景磁场为0.03μT，流经模型的电流为0.03A，频率为50Hz。
3.如权利要求1所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述步骤一中，简化模型包括单线圈简化模型、双线圈简化模型和三线圈简化模型。
4.如权利要求1所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述步骤二中，测量空心电抗器的原模型的径向磁场时，磁场测量仪放在高度为67mm处，即模型中心的高度。
5.如权利要求3所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述单线圈简化模型将所有匝集中在一个圆环形载流导体中，圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。
6.如权利要求3所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述双线圈简化模型使用两个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小为原模型的3/2倍，电流频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。
7.如权利要求3所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述三线圈简化模型使用三个圆环形载流导体代替原模型，其中每个圆环形载流导体直径与原模型相同，匝数为原模型匝数的1/3，通入圆环形载流导体的电流大小和频率与原模型相同，以保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同。
8.如权利要求1所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述空心电抗器的原模型或其简化模型与交流电源及电流表串联，磁场测量仪的探头可灵活放置以测量不同位置的磁感应强度，在实验中，连接各装置的导线互相缠绕，以抵消其本身产生的磁场， 从而减小测量误差。
9.如权利要求3所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述单线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.09A、50Hz的电流；
所述双线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.045A、50Hz的电流；
所述三线圈简化模型，为保证流经圆环形载流导体的电流密度与原模型相同，实验中通入0.03A、50Hz的电流。
10.如权利要求1所述的一种空心电抗器模型简化方法，其特征是，所述空心电抗器的原模型及测量简化模型对应的径向磁场时，测量点到中心轴的垂直距离记为r，由于磁场测量仪尺寸的限制，最小测量距离为距离中心轴r=85mm，测量轴向磁场时，磁场测量仪放在模型中心轴处，距离轴向中心的高度记为h。
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|---|---|
| CN (1) | CN103762057A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107783064A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-09 | 国家电网公司 | 一种基于缩比实验法的多空心电抗器耦合磁场预测方法 |
| CN109584689A (zh) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 国家电网公司 | 一种基于空心电抗器缩比实验的简化模型优化方法 |
| CN112380751A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-19 | 三峡大学 | 一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103472415A (zh) * | 2013-09-18 | 2013-12-25 | 国家电网公司 | 一种空心电抗器空间磁场的缩比实验方法 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103472415A (zh) * | 2013-09-18 | 2013-12-25 | 国家电网公司 | 一种空心电抗器空间磁场的缩比实验方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宫攀: "基于缩比实验法的空心电抗器空间磁场研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
| 杜华珠等: "35kV三相空心电抗器组的磁场分布", 《高电压技术》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107783064A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-09 | 国家电网公司 | 一种基于缩比实验法的多空心电抗器耦合磁场预测方法 |
| CN109584689A (zh) * | 2017-09-28 | 2019-04-05 | 国家电网公司 | 一种基于空心电抗器缩比实验的简化模型优化方法 |
| CN112380751A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-19 | 三峡大学 | 一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法 |
| CN112380751B (zh) * | 2020-11-20 | 2022-11-08 | 三峡大学 | 一种电抗器隔音装置与遮雨帽的设计方法 |
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