[发明专利]用于干式空芯电抗器的冷却系统

说明书

本发明涉及用于干式空芯电抗器的冷却系统以及用于将具有自然空气冷却的空芯电抗器转换成具有强制空气冷却的空芯电抗器的方法。

在今天的电力传输和分配系统中，电抗器用来将感抗引入到相对应的电路中。电抗器还可称为感应器。其主要组件是绝缘线的线圈，其可以围绕磁性材料的芯即铁芯缠绕或者可以以内部没有磁性材料的空芯体即空芯圆柱或空芯立方体的形式构造。后一组电抗器被称为空芯电抗器。

例如，在电力系统中将空芯电抗器用作用来滤除传输到电网的电流中的不期望谐波的滤波电抗器，用来补偿由长的轻负载传输线产生的容性无功功率的分流电抗器，用于限制直接接地网络的线对地电流的中性接地电抗器，或者用于限制短路电流的限流电抗器。

在电力系统的高压和高电流情况下使用的空芯电抗器的绕组产生相当高的热量。因此，需要适当的冷却以降低电抗器线圈中的温度，从而最小化损耗并避免绝缘材料的热老化。

可以通过使冷却液中的电抗器线圈绝缘，或者使空气沿线圈绕组流过来提供空芯电抗器的冷却。空气冷却电抗器也称为干式电抗器。在已知的干式空芯电抗器中，使用自然对流以提供所需的热传递。

在市场上可用的空芯电抗器的一般设计中，线圈的绕组被隔离件分成多个封装。隔离件可与电抗器的对称轴平行放置或者在与电抗器的对称轴成角度的方向上放置，如在日本JP4142717的专利摘要中公开的实例以及如在图1的截面图中所示的那样。图1的空芯电抗器是空芯圆柱形且具有垂直对称轴A。平行于对称轴A，隔离件3被插入三个绕组封装1a、1b和1c的每个中，从而创建多条路径以使空气在平行于轴A的方向上穿过。以下这些路径被称为第一开放空间3或平行空间。通过插入垂直于对称轴A的两个隔离件来实现三个绕组封装1a、1b和1c。这些隔离件产生第二开放空间2a和2b或者所谓的成角度空间(angular space)。此处，空气可在垂直于轴A的方向上在绕组封装1a-1c之间穿过。

在诸如HVDC电力传输系统的电力系统技术的最新发展中，空芯电抗器适用于与AC/DC转换器连接，在某些情况下这意味着所需绕组封装数量的增加。这再次增加了充分冷却绕组的要求。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于分别具有增加的绕组圈数或者增加的电抗器芯长度的干式空芯电抗器的冷却系统。

本发明基于以下事实的认识：自然对流导致在远离地的垂直方向上流动的气流。在空芯电抗器以垂直于地的对称轴放置的情况下空气流动的方向可以主要为平行于对称轴，或者在空芯电抗器以平行于地的对称轴放置的情况下空气流动的方向可以主要为垂直方向。因此，空气主要流过成角度空间或平行空间。在这两种情况下，电抗器绕组的热被流动的空气吸收，因此气流的温度随着与地的距离的增加而升高。

仿真已经显示出在诸如开关站的户外环境下自然空气冷却特别充分地工作，但是仅在不大于电抗器芯的特定长度或者电抗器绕组的特定宽度的情况下，这与对称轴对地的定向相对应。特别地，最高部分处于超过过热点的危险之中以及通常过热。

进一步的分析显示出如果电抗器放置在室内环境中，由于电抗器附近新鲜空气量有限，因此情况会恶化。

可根据US1,955,313通过在绕组之间使用偏转隔板来将加热的空气从较低的线圈引导到公共中央开口，从而其可在向上方排放而不接触较高处线圈来解决在包括彼此安装于其上的三个绕组的电抗器中较高匝处温度较高的问题。因此，较高匝可以像位于绕组底部附近的匝一样通过从外部进入并流入中央开口的冷空气来通风。另外还建议了强制通风。

本发明的主要构思在于确保空芯电抗器附近的所有可用的新鲜空气都能用于冷却目的。