(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111415929.7 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 广西电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 530023 广西壮 族自治区南宁市民主 路6-2号 (72)发明人 陈梁远　黎大健　余长厅　赵坚　 张磊　 (74)专利代理 机构 南宁东智知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 45117 代理人 黎华艳 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种优化并联电抗器 铁芯气隙结构的方法 (57)摘要 本发明涉及电抗器的振动技术领域， 提供了 一种优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 包括 获取并联电抗器机械结构参数和电气参数； 设置 气隙个数的范围， 针对每个气隙个数建立三维模 型； 采用有限元和流 ‑固耦合方程计算并联电抗 器铁芯的振动， 得到最优的气隙个数； 将总数为 最优的气隙个数的气隙均匀设置在铁芯上， 设 置、 选取气隙位置布置方式。 本方法可 以根据高 压并联电抗器的初步设计的机械结构和电气参 数， 对铁芯的气隙个数和气隙位置进行优化， 并 通过有限元计算和流 ‑固耦合方程计算出高压并 联电抗器的振动情况， 能够为高压并联电抗器的 优化设计提供合理的建议， 有利于在不大幅提高 生产成本的前提下， 改善高压并联电抗器的振动 特性， 降低噪声。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 114218693 A 2022.03.22 CN 114218693 A 1.一种优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 获取并联电抗器机械结构参数和电气参数； 结构参数包括铁芯气隙总长度 δ， 气隙 个数为nN； S2： 设置气隙个数 n的范围， 针对每 个气隙个数 n建立三维模型； S3： 采用有限元和流 ‑固耦合方程计算并联电抗器铁芯的振动， 得到最优的气隙个数 nP； S4： 将总数为最优的气隙个 数nP、 单气隙的长度为 m的气隙均匀设置在铁芯上， 设置气隙 位置布置方式； S5： 重复步骤S3 ‑S4， 选取最优的气隙位置布置方式。 2.根据权利要求1所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 步骤S1中的结构参数还包括： 铁心窗口的尺寸、 绕组的尺寸、 夹件和油箱的尺寸、 铁芯的截 面积。 3.根据权利要求2所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 铁心窗口 的尺寸包括铁心窗口 的长、 宽和高； 所述绕组的尺寸包括绕组的高度、 内径、 外径； 所述夹件的尺寸包括夹件的长、 宽、 高、 厚度； 所述油箱的尺寸包括油箱的长、 宽、 高、 厚度。 4.根据权利要求2所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 电气参数包括电抗器的额定电流。 5.根据权利要求1所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 步骤S2具体为： 设置气隙个数 n的范围，n为[nN‑5，nN+5]， 每个气隙的长度m= δ/n， 各组气隙均 匀分布在铁芯柱上， 相邻气隙间距一致， 针对每个气隙个数 n建立三维模型， 截面与铁芯柱 一致， 长度为 δ/n。 6.根据权利要求1所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 步骤S3得到最优的气隙个数 nP具体如下： S31： 采用有限元方法计算并联电抗器铁芯的麦克斯韦力 Fmax和磁致伸缩力 Fmag， 铁芯振 动的外力 F=Fmax+Fmag； S32： 计算铁芯表面应力的平均值 σave= F/S； S33： 采用流 ‑固耦合方程计算并联电抗器铁芯的振动位移均方根 d； S34： 分别绘制并联电抗器铁芯的振动位移均方根 d与气隙个数 n的关系曲线、 铁芯表面 应力的平均值 σave与气隙个数 n的关系曲线的关系曲线， 进行趋势分析， 选取最优的气隙个 数nP。 7.根据权利要求1所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 步骤S4中气隙位置布置方式包括： 单气隙、 双气隙、 三气隙、 四气隙、 五气隙， 余数则设置在 铁芯1/2处。 8.根据权利要求1所述的一种 优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 其特征在于： 所述 步骤S5中选取并联电抗器铁芯的振动位移均方根 d最小时对应的气隙位置布置方式为最优 的气隙位置布置方式。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114218693 A 2一种优化并联电抗 器铁芯气隙结构的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及电抗器的振动技术领域， 特别是涉及 一种优化并联电抗器铁芯气隙结 构的方法。 背景技术 [0002]高压电网是我国现有电网的核心， 无功平衡是高压电网设计的关键技术之一， 高 压并联电抗器是实现这一技术的关键设备。 振动超标是长期困扰高压并联电抗器安全稳定 运行的一类重要问题， 研究高压并联电抗器振动的影响因素， 有助于设计有针对性的减振 方案， 对于提高 高压电网的运行 可靠性具有至关重要的意 义。 [0003]在研究特高压并联电抗器铁芯振动的影响因素前， 首先应该明确其振动机制。 特 高压并联电抗器铁 芯饼和铁轭均由硅钢片堆叠而成， 磁致伸缩是引起其振动的主要原因之 一。 同时， 特高压并联电抗器的铁 芯柱还包含多个气隙， 当磁通穿过高磁导率的铁 芯饼与低 磁导率的气隙边界时， 会产生麦克斯韦力， 这是特高压并联电抗器铁芯振动的另一个主要 原因目前， 国内外已经开展了一系 列针对电抗器振动影响因素的研究。 设置附加阻尼、 改变 铁芯各组件的材料和调整铁芯结构是可行 的特高压并联电抗器减振方向。 但是， 设置附加 阻尼势必会在电抗器内部增加 其他部件， 这就使电抗器内部的绝缘设计更加复杂， 同时还 需要考虑新增部件的老化、 散热等问题， 因此在推广上存在困难。 改变铁 芯各组件的材料在 理论上能够有效降低电抗器铁芯的振动， 但也会较大幅度地提高电抗器的生产成本， 同样 难以推广。 调节铁芯气隙特征是改善高压并联电抗器振动特性的有效方法， 但现有研究普 遍针对气隙材料展开， 缺少气隙结构对电抗器铁芯振动影响的研究。 高压并联电抗器的受 力不仅与铁芯材料相关， 还会受到铁芯结构(尤其是气隙结构)的影响。 在不影响电抗器其 他性能的前提下， 优化铁芯气隙结构设计， 同样可以改善铁芯振动性能。 因此， 开展气隙结 构对电抗器铁芯振动影响的研究非常重要。 发明内容 [0004]为了解决上述问题， 本发明提供了一种优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 能 够分析气隙结构， 主要是气隙个数和气隙位置对高压并联电抗器铁芯振动的影响， 选取最 优的气隙个数nP和最优的气隙位置布置方式应用于并联电抗器的生产。 具体技术方案如 下： [0005]一种优化并联电抗器铁芯气隙结构的方法， 包括以下步骤： [0006]S1： 获取并联电抗器机械结构参数和电气参数； 结构参数包括铁芯气隙总长度δ， 气隙个数为 nN； [0007]S2： 设置气隙个数n的范围， 针对每 个气隙个数n建立 三维模型； [0008]S3： 采用有限元和流 ‑固耦合方程计算并联电抗器铁芯的振动， 得到最优的气隙个 数nP； [0009]S4： 将总数为最优的气隙个数nP、 单气隙的长度为m的气隙均匀设置在铁芯上， 设说　明　书 1/5 页 3 CN 114218693 A 3