近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)負荷越來越大；同時電網(wǎng)中的沖擊性、非線性負荷也越來越多，造成電網(wǎng)的電能質量越來越惡劣。為了確保電網(wǎng)的安全運行，各地電網(wǎng)公司一般都強制大的非線性用電企業(yè)增加電能質量治理設備；現(xiàn)階段電能質量治理設備主要有：FC、APF、SVC及SVG。由于空心電抗器具有電感線性度好、噪音低，無油化等優(yōu)點，使其在電能質量治理設備中得到廣泛應用。 

隨著空心電抗器用量的增加，空心電抗器的質量事故也時常發(fā)生，在空心電抗器質量事故中，由電抗器的匝間絕緣擊穿導致電抗器燒毀的占絕大部分，究其原因除產(chǎn)品工藝存在一定的問題外，雷電造成產(chǎn)品匝間絕緣擊穿也占一定的比例。

本文通過對空心電抗器繞組波過程的電壓起始分布、穩(wěn)態(tài)分布及震蕩過程中的電壓分布的研究，確定過電壓的幅值和部位，以便尋求合理的保護措施。

2.空心電抗器的結構示意圖

3.沖擊電壓的起始分布

通過干式空心電抗器結構分析可以看出，電抗器的匝間、層間及繞組與包封內(nèi)外徑的兩個表面之間均有分布電容存在，更具其結構繪制的等值電路如圖所示。

在工頻電壓作用下，雜散電容所表現(xiàn)出來的阻抗遠遠大于繞組的感抗和電阻，這時起主導作用的是電感，電容可以忽略不計。但在沖擊波的作用下，由于沖擊波的波頭跳變過程無線短，相當于瞬間頻率無限大，這時等值電路內(nèi)的感抗值將大大超過相應的雜散電容的感抗值，因此等值電路圖可以簡化成電抗和電阻相當于開路狀態(tài)。

4.空心電抗器繞組的穩(wěn)態(tài)分布

相對沖擊波的波頭而言，沖擊波的波尾部分變化比較緩慢，達到穩(wěn)定值的直角波實際上是一個直流電壓，這時起主導作用的僵尸繞組的電阻，電壓沿繞組的分布就只由繞組的電阻決定，分布曲線如圖4。

5.空心電抗器繞組震蕩過程中的電壓分布

在直角波波頭作用之后，隨著時間的推移電感與互感開始起作用，在繞組內(nèi)形成震蕩的過渡過程，即暫態(tài)過程。只要已知電容的初始電壓與最終電壓，便可預計電容上電壓的變化。

6.改善電抗器繞組中起始電壓分布的措施

由于電抗器繞組的暫態(tài)過程與作用，電壓沿繞組的初始分布和最終分布有關。若初始分布與最終分布接近，則繞組內(nèi)部過程的電壓波動必然藥效，這可以減輕繞組匝間絕緣與層間絕緣的負擔。造成繞組的初始電壓分布與最終電壓分布不同的主要原因在于繞組表面存在對地分布電容，流經(jīng)這些電容電流造成電壓沿軸向分布不均勻。對于超高壓類產(chǎn)品或應用于特殊場合下的產(chǎn)品，改善繞組的初始分布，使之盡可能接近最終分布是具有現(xiàn)實意義的。

改善繞組初始分布的方法是繞組的尾部，必要時也可以在中部加均壓環(huán)，均壓環(huán)與星架電氣連接。威力防止出現(xiàn)閉合回路均壓環(huán)上具有開口，如圖6所示。均壓環(huán)的工作原理是與繞組的表面形成新的分布電容，在初始直角波波頭的作用下，產(chǎn)生流過均壓環(huán)與繞組表面分布電容的補償電流。當補償電流能夠與繞組對地分布電容電流相抵消時，繞組內(nèi)部電壓分布必然均勻。有均壓環(huán)對繞組提供的補償電流與繞組對地的雜散電容電流很難完全相等，而且與均壓環(huán)的具體結構尺寸有關。為了使得電壓的初始分布更接近穩(wěn)態(tài)分布，有時采用多個均壓環(huán)進行補償。

需要注意的是：設計均壓環(huán)時，應對空心電抗器繞組的初始分布進行分析。盲目的安裝均壓環(huán)可能造成繞組的首端過補償，使得繞組內(nèi)部出現(xiàn)較大的梯度電壓，影響產(chǎn)品的品質。

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