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雨水及風力對空心電抗器的影響

文檔作者：武成章，周金標，趙俊盟，馬林濤，楊建立文檔來源：許繼變壓器有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月26日
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第35卷第2期
2014年4月
電力電容器與無功補償
Power Capacitor＆ Reactive Power Compensation
Vo1．35 No．2
Apr．2014
雨水及風力對空心電抗器的影響
武成章，周金標，趙俊盟，馬林濤，楊建立
(許繼變壓器有限公司，河南許昌461000)
摘 要：干式空心電抗器作為電力系統(tǒng)中的關鍵元件，其安全運行至關重要。本文介紹了雨水
對電抗器壽命的影響，并從理論角度闡述了如何防止雨水的侵入。介紹了風力對電抗器運行
的影響，并提出了安裝的建議。
關鍵詞：干式空心電抗器；風力；風速；支柱絕緣子；抗彎強度
中圖分類號：TM47 文獻標識碼：A 文章編號：1674—1757(2014)02-0040-03
lnnuence 0f Rain and W ind on Air-core Reactor
WU Chengzhang，ZHOU Jinbiao，ZHAO Junmeng，MA Lintao，YANG Jianli
(XJ Transforlner Co．，Ltd．，Xuchang 461000，China)
Abstract：Safe operation of dry—type air—core reactor，the key component in power system ，is of great
importance．In this paper，the influence of rain on the reactor’S life is introduced and how to prevent
water penetration is described from the point of theory．Moreover，the influence of wind on reactor op—
eration is also introduced and installation suggestion is proposed．
Keywords：dry—type reactor with air—core；wind power；wind velocity；support insulator；bending strength
O 引言
干式空心電抗器作為電力系統(tǒng)中的一個重要
器件，在電力系統(tǒng)中的應用非常廣泛，如容性無功
補償中的串聯(lián)電抗器，用以限制短路電流的限流
電抗器或分裂電抗器，以上為容量較小的空心電
抗器。容量更大的有補償線路對地容性電流的并
聯(lián)電抗器，容量一般在10 Mvar以上。近幾年國
家大力發(fā)展的特高壓直流輸電中，容量更大的平
波電抗器也采用干式空心結構。隨著干式空心電
抗器的使用量增加，空心電抗器的安全運行是生
產(chǎn)及運行部門關注的主要問題，在這個方面已有
較多的研究論文進行過闡述，本文將就一些自然
條件，即雨水及風力對電抗器的一些影響作一些
分析及探討。
1 電抗器的結構及安裝方式
和以往的水泥式空心電抗器不同，現(xiàn)在的空
收稿日期：2013-07-02
· 40 ·
心電抗器結構大都為玻璃鋼體結構，電抗器由多
個玻璃鋼線包組成，線包件由玻璃鋼的引拔條隔
開，形成散熱風道? 。包封內(nèi)部是小截面的繞組
線，繞組線為多層并繞結構，導線的首尾焊接到上
下星形架組成的匯流排上，如圖1所示。
圖1 電抗器結構
Fig．1 Structure of reactor
電抗器安裝一般采用三相疊裝、2疊1平及
2014年第2期 ·無功補償· 武成章，等雨水及風力對空心電抗器的影響 (總第152期)
三相平放的安裝方式，如圖2所示 ，容量較小的
采用三相疊裝的方式以減少占地面積，容量較大
的電抗器如并聯(lián)電抗器會采用三相平放的安裝方
式，且會配有防雨帽或2．5 m高玻璃鋼支柱 。
囂一
l c l I B l l c l
三相疊裝
j礴 A 1 旃l Bl l旃 c l
三相平放
圖2 電抗器安裝方式
Fig．2 Installation mode of reactor
2 電抗器的防雨要求
空心電抗器的繞組線一般為絕緣良好的聚酯
薄膜 包繞鋁線或銅線，聚酯薄膜的耐電性能非
常好，但是有一定的水解性，到一定的溫度下，其
水解速度會大幅度增加，使聚酯薄膜的老化加快，
耐熱等級在B級的聚酯薄膜在70℃就開始出現(xiàn)
水解加速的情況，在120℃的水蒸氣中72 h其就
失去了絕緣性能 J。所以防止雨水進入繞組內(nèi)，
是電抗器生產(chǎn)控制的關鍵步驟。
電抗器各線包外部為玻璃鋼體的結構，這種玻
璃鋼體是混合70％ 一80％的玻璃纖維的樹脂混合
體，本身的抗拉性能非常好，可以達到600 Mpa以
上 J，而普通鋼如Q235的抗拉強度為402 Mpa
左右。所以其抗表面開裂能力比普通的真空澆注
的樹脂產(chǎn)品要好得多，但是并不能完全保證電抗
器表面不開裂 。首先，產(chǎn)品繞制完成后要進行
高溫固化，溫度是從包封外向內(nèi)部傳送，包封外部
的樹脂先于內(nèi)部固化，所以固化過程中線圈內(nèi)部
是有應力產(chǎn)生的。另外，在空心電抗器運行中，溫
度是由包封內(nèi)部向外部擴散，和固化過程相反，所
以膨脹應力很高，一定程度后會進行釋放，這種情
況在大型的并聯(lián)電抗器線圈中會反映得更加明
顯? 。另外，導線從線包中引出時，如果處理不
好，也會留有貫穿性的縫隙。
所以，在工藝上應該盡可能地防止上述問題
的出現(xiàn)。但在工藝控制之外，在電抗器上方加裝
防雨帽，也是保障電抗器安全運行的有效方法，但
如何有效地加裝值得探討。防雨帽要考慮在風力
的影響下雨水的下落角度。首先，根據(jù)蒲福風力
等級及風力對應蒲福風力等級的關系：
V=0．84F‘ ·
。 (1)
可以計算出風力和風速的大致對應關系，見
表1。
表1 風力與風速關系
Tab．1 Relationship between wind power and wind velocity
根據(jù)伯努利方程及斯托克斯公式，可以得出
雨滴在水平方向上的運動方程形式 J：
1 ． ． ．
÷前 rp( 一 )=6~r'r／rv1。 (2)
二
式(2)中，r表示雨滴半徑，mm；p表示空氣密
度，km／m ；9o表示風速，m／s；l， 表示雨滴的水平移
動速度，m／s；77表示空氣粘滯系數(shù)，p=1．23 kg／m
時，卵=1．77×10 k (m·s) J。如果按照風速為
30 m／s，可以計算出水滴在水平方向上的速度為
29．2 m／s。而雨水在垂直方向的速度平均在
4．2～10．14 m／s之間 ?，所以風速在30 m／s，雨
水偏離垂直方向的角度為70．8?！?1．8。之間。
防雨帽的外徑一般比電抗器的外徑大
400 mm左右，里面用防磁鋼板或鋁板將防雨帽和
上星形架固定，從安裝來講，防雨帽離電抗器上沿
越高，越便于安裝。所以，當防雨帽突出線圈表面
200 mm時，根據(jù)三角函數(shù)，防雨帽只需高出線圈
上沿29 mm，就可以有效地防止11級風下的雨水
從外部進入線圈外包，如圖3所示。
· 41 ·
2014年第2期 電力電容器與無功補償 第35卷
圖3 電抗器防雨帽安裝圖
Fig．3 Installation diagram of rainhat of reactor
為了利于線圈散熱，防雨帽要在中間留有空
洞，同樣為了防雨的要求，在空洞中安裝有防雨柵
格(如圖3剖視部分)，防雨柵格的安裝可以有效
防止大風狀態(tài)下的雨水進入，主要考慮微風狀態(tài)
下的雨水狀態(tài)。假設防雨柵格為50 mm間隔，
200 mm高的話，雨水進入的最大角度為偏離垂直
方向arctan(50×1．414／200)=19．5。。所以，假
定防雨格柵距離電抗器上端面500 mm，那么防雨
帽中間空洞邊緣距離電抗器內(nèi)徑177 mm就可以
滿足防雨的要求，其他配置可以參考這樣的計算
過程。
3 風力對電抗器的影響
空心電抗器一般安裝在瓷質(zhì)的支柱絕緣子
上，為了保證對此磁安全距離，下方用防磁鋼或鋁
質(zhì)支架支撐¨ ，現(xiàn)在大多數(shù)變電站為了統(tǒng)一高
度，方便走線，支柱絕緣子下方配有2．5 rll高玻璃
鋼支架。風力對電抗器的影響主要是考核在風力
作用下，電抗器對絕緣子和玻璃鋼支柱產(chǎn)生的
扭力。
風力產(chǎn)生的推力為：
F= S。 (3)
式(3)中，P為空氣密度，一般取1．23 kg／in ；
為風速，m／s；S為物體橫截面積，1TI 。
以空心并聯(lián)電抗器BKGKL一20000／35為例，
其橫截面積為7．3 m ，則風速30 m／s電抗器上產(chǎn)
生的推力為79．2 kN。一般空心并聯(lián)電抗器所用
支柱絕緣子的抗彎強度在12 kN以上¨ ，考慮一
定的余量，所以該型號的電抗器所用支柱絕緣子
不能少于8只，才能抵御11級風力產(chǎn)生的推力，
而玻璃鋼升高座的抗彎強度比支柱絕緣子的抗彎
強度要好得多，一般不用考核升高座的強度。
4 結語
空心電抗器目前已是變電站中的重要設備，
· 42 ·
保證其運行安全是生產(chǎn)廠家及電力部門非常關心
的問題，本文從雨水侵入和風力等方面對電抗器
的影響作了部分闡述，僅供生產(chǎn)廠家及運行單位
參考，以期提高電抗器的安全性能，提高供電
安全。
參考文獻
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作者簡介：
郭秀欽(1979一)，女，工程師，主要從事無功補償?shù)?
電能質(zhì)量技術的設計研究工作。
郭大慶(1978一)，男，工程師，主要從事低壓成套開
關及無功補償成套設備的技術設計研究工作。
張永新(1985一)，男，助理工程師，主要從事電能質(zhì)
量治理產(chǎn)品的技術研究工作。
李衛(wèi)東(1983一)，男，助理工程師，主要從事電能質(zhì)
量治理產(chǎn)品的技術設計工作。
張茂鵬(1986一)，男，助理工程師，主要從事電能質(zhì)
量治理產(chǎn)品的技術設計工作。
(上接第42頁)
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hing reactor[J]．Transformer，2007，44(5)：1-5．
作者簡介：
武成章(1968一)，男，工程師，主要從事電抗器類產(chǎn)
品的設計工作。
周金標(1977一)，男，工程師，主要從事電抗器類產(chǎn)
品的設計工作。
趙俊盟(1982一)，男，工程師，主要從事電抗器類產(chǎn)
品的設計工作。
馬林濤(1974一)，男，工程師，主要從事電抗器類產(chǎn)
品的工藝工作。
楊建立(1973一)，男，工程師，主要從事電抗器類產(chǎn)
品的設計管JE_r-作。
2014年中國國際儲能電站大會即將召開
由中國電器工業(yè)協(xié)會和上海決策者經(jīng)濟顧問有限公司聯(lián)合主辦的“第二屆中國國際儲能電站大會”將
于2014年4月23—26日在深圳召開。
隨著政府對清潔能源產(chǎn)業(yè)的支持力度不斷加大，也伴隨著電動汽車行業(yè)的蓬勃興起與迅猛發(fā)展，中國的
儲能產(chǎn)業(yè)將在近幾年進入黃金發(fā)展期。第二屆中國國際儲能電站大會的舉辦正是為了更好地應對光充儲能
電站發(fā)展所面臨的機遇和挑戰(zhàn)。屆時，大會將匯聚儲能領域的專家，包括國家能源局、科技部、發(fā)改委能源研
究所、國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、企業(yè)代表等權威人士400余人，圍繞光充儲能電站的相關政策與標準、市場趨勢
與投資建議、技術瓶頸與解決方案、項目示范與經(jīng)驗分享等熱點話題展開討論。
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