第
!"
卷
第
#
期
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年
#
月
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*+,+-.
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$%%$
干式铁心并联电抗器产品设计要点
李金水
（北京电力设备总厂，北京
!"#$"!
）
介绍了干式铁心并联电抗器产品的设计难点，
提出了在产品的设计和生产中为解决难点所采取的措½。
摘要：
关键词：
干式铁心并联电抗器；
设计；
难点；
措½
中½分类号：
!"#$%
文献标识码：
&
文章编号：
（
’((’)*#%+ %((%
）
(*)(((,)(+
前言
!""
随着我½城市规模的不断扩大及城市电½的改
造，
架空线路输电逐渐被地下电缆输电所替代，
½得
输电½络的对地电容性充电电流急剧增大。为了抑
制系统工频电压的升高，保证系统的安全可靠运行
和城市电½的供电质量，
原来在高压及超高压、
远距
离输电系统中广泛应用的干式铁心并联电抗器，
在
目前城市配电½中和城市电½改造中，½为重要的
静态补偿设备得到了广泛的应用。
在½内众多的城市电½的改造中，
已经有北京、
天津、
深圳、
长沙和株洲等很多地方采用干式铁心并
联电抗器用来补偿电½的电容性电流。
(((./0
干
-
式铁心并联电抗器已在北京的电½改造中得到较多
应用。本文将对干式铁心并联电抗器产品设计要点
加以介绍。
开
研制、
生产干式铁心并联电抗器的主
#""
发、
要难点
（
’
）
绕组的绝缘结构。为保证产品的质量，
干式
浇注并联电抗器对局部放电量有着严格的要求。针
对干式铁心并联电抗器电流较大，导线截面及导线
并联根数较多的问题，
在设计时，
要充分考虑产品的
纵绝缘的布½，
½绕组内部电场½量均匀，
电½梯度
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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1#4234#0,’$
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%((%)(’)’+
（
， 黑龙江省½½哈尔市人，
哈尔滨变压器厂设计处副处长，
长期从事大型电力变压
&’()%
李守华
’,-,)
） 男，
器产品的设计开发工½；
， 黑龙江省绥化市人，
哈尔滨变压器厂设计处助理工程师，
从事电力变压器设计工
黄金奎
’,$()
） 男，
（
½；
岳秋菊
’,$()
） 女，
（
， 湖南省益阳市人，
哈尔滨变压器厂工艺处工程师，
长期从事变压器制造工艺和新
工艺的研究工½；
， 黑龙江省哈尔滨市人，
哈尔滨变压器厂变压器分厂助理工程师，
从事变压器制造
赵仁健
’,-#)
） 男，
（
万方数据
和工艺研究工½。
!"
第
!"
卷
½量小，
以减小放电量。
（
!
）
绕组的温升计算。
对环氧浇注的温升计
算没有相应的计算方法和参考资料，且对产品
所采用的各种绝缘材料的传热特性参数没有详
细的数值。
准确计算绕组的温升有较大的困难。
（
"
）
降½产品的噪声。
由于并联电抗器的容
量较大，
且干式电抗器铁心直接暴露于空气中，
降½其噪声较难，
因此在电抗器结构设计和压紧时，
必须充分考虑电抗器的这一特殊性。
图
$
特种分段圆筒式
图
!
普通分段圆筒式绕组
的绕制结构
所以
"
)
+"
(
$
" #
!
+
*
!
$
（
$
!
"
（
"
,
!
）
#
,
!
）
#
-$
!
%
(
!
!
!
!
产
!""
品在设计和生产中采取的措½
我们在产品的设计和生产上，对以上关键问题
采取了如下的解决方法，
取得了很½的效果。
+$
!
+$
!
所以
则
$
" #
!
,
!
"
$
"
(
"
$
" #
!
(
"
!
%
"#$
提高绕组的耐冲击性½、
½电压分布均匀稳定
根据
$%&’
配电½的负荷特性及用户对铁心并
"
*
+ $
"
(
"
"
)
+""
*
上式表明，
采用特种分段圆筒式的绕组，
其电气
联电抗器的½用情况，
我们知道，
配电½中的并联电
抗器，
大多是在夜晚½负荷投入½用，
以抑制线路对
地电容的充电电流引起的电压升高；在负荷较重时
再将其从系统中切除。½系统利用断路器切除并联
电抗器时，
由于节流现象，
在电抗器两端产生操½过
电压，
甚至可½在电流接近最大值
（峰值）
时突然节
流，电抗器产生的过电压可½等于工频电压的几倍
甚至更高。因此在电抗器的绕组设计时采用了特殊
分段圆筒式结构，该绕组结构不仅具有普通圆筒式
绕组的耐冲击特性，而且还解决了绕组层间电压偏
高的问题，
是一种较为理想的绕组结构，
我们常称之
为非共振型绕组结构。
由于特种分段圆筒式在结构上改变了普通分段
圆筒式的½式，
因此，
特种分段圆筒式与普通分段圆
筒式相比，
其耐冲击性½更强。特种分段圆筒式、
普
通分段圆筒式绕组的绕制结构，
如图
$
、
!
所示。
图
½同一种产品分别采用两种结构时，由于这两
种不同结构产品的绝缘介质、
外½尺寸完全相同，
因
此这两种结构的几½电容值是相等的，½电气电容
值则不相同。而正是电气电容值与产品受冲击时冲
击电压的分布梯度有极大关系，即产品的电气电容
值越大，
产品冲击电压的分布梯度越趋于均匀。
设以上两种结构的绕组长度为
!
，几½电容值
为
"
(
， 间 电 压 为
#
层
（暂 态 ） 特 种 分 段 圆 筒 式 绕 组
，
（图
$
）
的电气电容值为
"
)
，
普通分段圆筒式绕组
（图
的电气电容值为
"
*
，
则两种结构的层间电容½量
!
）
分别为：
电容值是普通分段圆筒式的电气电容值的
"
倍。
另一方面，
½绕组受到冲击时，
冲击电压的分布
梯度与绕组的电气电容值有关，而决定最终冲击电
压分布的梯度为绕组纵向电气电容以及对地电气电
容沿绕组首端到尾端的分布（纵向电气电容值绕组
的匝间及层间电气电容值）
。
在特种分段圆筒式绕组的制造过程中，我们充
分运用了这种理论。
绕组匝数示意图如图
"
所示。
首
先对绕组分段
（即分区） 通过调整每段电容量的配
，
½达到最½补偿状态。然后对分段后的绕组具½段
上每层的匝数进行调整，½电容的分布更趋于理想
状态，
从而在绕组受到冲击时，
电压的分布更均匀，
更趋于稳定状态。
图
"
绕组匝数示意图
以 我 厂 生 产 的 型 号 分 别 为
./0123 %%% , $%
和
./0124 %%% , $%
的干式铁心并联电抗器为例，试验
时 的 工 频 耐 压 为
"3&’
，
雷
（峰
3567
， 电 冲 击 为
83&’
值） 产品均经受½了考验。
，
$
" #
!
+
（
$
"
,
!#
!
）
$
"
,
!#
!
$
-$+
)
(
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!
!
!
万方数据
"
(
#
!
+$
!
!
!
!
%
"#!
强
提高绕组的散热效果，
½产品温升控制½力加
大容量并联电抗器绕组的设计重点之一，是绕
第
!
期
李金水：
干式铁心并联电抗器产品设计要点
!!
组气道的½向、辐向尺寸和高度等与绕组散热性½
我们知道，
绕组的寿½决定电抗器的½
有关的参数。
用寿½。
绕组的寿½是由电热点温度确定的， 级绝
!
缘的绕组最热点温升限值是
""#$
。½环境温度为
绕组最热点温度确定为
"##’
。½最热点温
%&’
时，
度超过该值运行后，
势必要损伤绕组的绝缘，
½响绕
组的正常½用寿½。因此½量½绕组各点的温度均
匀，
是绕组设计水平的一个标志。
所以在绕组设计中
要合理选取电流密度，
优化辐向尺寸、
½向尺寸和高
度及气道的布½，
½绕组有良½的散热特性。
在浇注
时，
我们采用了薄绝缘树脂浇注½式，
内层树脂层厚
度 为
()%**
， 层 树 脂 层 厚 度 为
%**
， 道 两 侧 的
外
气
树脂层厚度为
")+**
。这一方面提高了产品的散热
½力
（绝缘越薄，
散热越½） 另一方面，
，
½产品的散
热更加均匀，从而可防止绕组因产生不均匀热场而
造成绕组龟裂。就并联电抗器的温升及温度分布这
一课题，我们与华北电力大学合½研制了计算机½
件，
该½件应用了有限元理论，
½三维显示绕组内部
温度场的分布。
以
,$-./0 &&& 1 "&
产品为例，
绕组的温升设计
计算值为
2&$
。
试验时，
测量每个绕组上部、
上中部、
中部、下中部和下部共
(&
个点（三个绕组共
0&
个
点 ， 验 记 ½ 见 表
"
） 最 热 点 绕 组 上 部 ） 升 为
试
，
（
温
最½点
（绕组下部）
温升为
0&$
，
温升实测平均
2+$
，
值为
0+)#$
，
与设计值相差
&)#$
。
绕组温度场实测值
的分布与温升½件三维显示的绕组内部温度场的分
布相吻合。
效应；其二是由导线的不完全换½引起绕组内部的
环流而产生的损耗。
导线的集肤效应取决于磁场强度和导线的截面
导线的截面积越小，
集肤
积。在一定的磁场强度下，
效应引起的附加损耗也越小。因此在确保一定电流
密度情况下，
采用多根导线并绕，
可以减少导线的集
肤效应，
从而减少附加损耗。多根导线并绕时，
保证
换½完全，
在绕组内部不产生环流，
可进一步减小绕
组的附加损耗。
绕组中设½了数层½向气道，以满足绕组散热
的需要，
保证绕组的温度分布比较均匀。
绕组的主绝
缘采用进口环氧树脂和固化剂，利用瑞士进口的真
空浇注设备，在真空度为
4&56
状态下进行真空浇
注，在程控固化炉内固化。固化炉内温度控制精度
为
7"’
，炉内各处温度均匀，可满足固化工艺的要
求。另外，
我们还根据产品的实际情况，
拟定合理的
固化时间—温度曲线，
以保证产品在固化过程中，
绕
组的内部不会产生较大的应力，从而确保绕组在运
行中不会因为温度的变化而产生龟裂。
3)%
铁心损耗的降½
铁心的损耗是由铁心的材料和铁心的结构决定
的。
为了减少铁心的附加损耗，
我们设计的全部铁心
结构件无闭合电回路，
并保证铁心各部½的绝缘，
以
避免由于漏磁穿越结构件所产生的附加损耗和结构
件的发热。
另外，
铁心的压紧螺杆和拉紧螺杆均采用
½导磁不锈钢材料，以减少漏磁切割时产生的附加
损耗和发热。
通过采取以上措½，我们生产的
,$-./# &&& 1 "&
并联电抗器损耗值
2#’
）
（
仅为
#)389
。
3)3
适½选取电流密度和磁通密度，
降½产品损耗
绕组的温升决定于绕组的损耗，绕组的损耗与
导线电阻损耗、
绕组的附加损耗、
绕组的散热面积几
个方面有关。
为了降½导线的电阻损耗，
保证产品的温升，
我
们选取较½的电密，
即为得到性½优良的产品，
适½
多消耗一些材料，
牺牲一定的经济利益。
为了½产品
具有更高的负荷½力，我们的设计是在
")(
倍的额
定电压下考虑产品的温升，
即产品½够在
")%%
倍额
定负荷下长期运行而不损伤其寿½。
绕组的附加损耗主要来源于涡流损耗。涡流损
耗的大小取决于两个主要因素：其一是导线的集肤
表
"
绕组
绕组上部
%
个点
3)#
性
控制产品的噪声与振动，
提高产品的运行稳定
干式铁心并联电抗器的噪声值和振动是相互关
联的。
振动产生噪声，
并联电抗器的噪声值在很大程
度上代表了其本身的振动情况。
也就是说，
要抑制电
抗器的噪声必须抑制电抗器的振动。
并联电抗器的噪声主要由铁心产生，而铁心产
生噪声有以下几方面的原因：
铁心励磁产生的噪声；
铁心在交变磁场下由于磁致伸缩引起的硅钢片的纵
向振动产生的噪声；由于气隙的边缘效应致½部分
单½：
’
绕组下部
%
个点
,$-./0 &&& 1 "&
产品绕组温度测量记½
绕组中部
%
个点
绕组下中部
%
个点
绕组上中部
%
个点
:
,
.
40
+&
44
44
4+
4+
44
+&
4+
44
+&
4+
43
42
4#
43
42
43
4%
40
43
4(
4#
4#
2+
43
4"
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4&
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4(
24
4"
2+
2#
24
22
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4&
20
22
4&
22
2#
2+
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2"
2(
2"
2"
2"
2"
2(
23
2(
2(
2"
2"
注：
环境温度
4
个点平均值）
""’
（
：
万方数据
!"
表
!
三相平均电压
) +
三相平均电流
) 3
计算电抗
)
!
三相平均电压
) +
三相平均电流
) 3
计算电抗
)
!
第
!"
卷
"#$%&’ ((( ) *(
电抗器的磁化特性测量结果
- --*/0
!!’/!
*1/0!
’ ,1,/,
!0!/2
*1/00
- 1!*/0
!-1/,
*1/0-
- 1*,/,
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’ ,12/,
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*1/!!
’ 22*/0
!12/’
*1/0(
磁通垂直进入硅钢片引起的硅钢片叠片方向振动产
生的噪声；
并联电抗器运行时，
在铁心反复吸收、
释
放½量的过程中，电磁力½铁心饼振动而产生的噪
声。
根据上述产生噪声的原因，我们采取了如下降
½噪声的措½：
（
*
）
降½铁心中的磁密度。在一定范围内，
每降
½
(/*4
的磁通密度，
可降½噪声
!5"
。在变压器中
铁心磁通密度通常为
*/’6*/04
，而我们在产品设计
时选取的铁心磁通密度小于
(/24
。产品经½家变压
器质检中心检验，
试验结果表明，
其噪声水平有明显
的降½，
这说明设计方案是可行的。
另外，
通过对磁通密度的控制，
也½产品电抗值
的线性度得到了保证。表
!
是
"#$%&’ ((( ) *(
产品
在½家变压器质检中心进行的磁化特性测量结果。
测量的方法是½加工频相电压，
.(7
额定电压逐
由
步增加至
*!(7
额定电压
（最高运行电压）
。试验结
果表明，
产品电抗值的线性度非常理想。
根据表
*
测量数据绘制的磁化曲线，如图
-
所
示。
½产品的噪声效果非常½。
并联电抗器的铁心柱由铁心饼及气隙构成，
在
一个周波内要完成吸收、
释放½量这一交变过程。
在
这个过程中，在强大的电磁力½用下，铁心纵向振
动。这种振动是电抗器产生振动及噪声的最主要的
原因。
对此我们采取了降½噪声措½，
对每个铁心饼
预紧压装。不同于其它厂家的是我们的产品在每个
铁心柱设½了四根无磁压紧丝杠，整台铁心电抗器
三个铁心柱共用
*!
根无磁压紧丝杠。再通过压架、
夹件、
拉螺杆、
地脚构成良½的铁心框架。这些措½
½提供给整个铁心柱足够的压紧力，保证铁心柱良
½的刚度及弹性模量。实践证明，
在磁通密度
!8*4
时，
应提供给铁心柱的压紧力至少为
-((9:;
。
通过采取以上措½，
经测试，
"#$%&’ ((( ) *(
的
并联电抗器的噪声值为
’2/’5"
。
,/.
多台并联电抗器同时运行 时 引 起 初 步 噪 声 增
多台并联电抗器同时运行时，噪声值会随着并
加值的考虑
联运行台数的增加而略有增加。增加幅度的大小与
建筑物吸收声波的½力、
空间大小、
电抗器的间距、
周围的物½等诸多因素有关。
正常情况下，
两台产品
并列运行时，
由于噪声的叠加，
其噪声较单台产品的
噪声增加
*6!5"
。
½多台产品并列运行时，
噪声还要
增加
,6-5"
。由于我们生产的电抗器本身噪声比较
½，
因此同时运行时噪声增加
-6.5"
。
,/0
每台产品在出厂时和现场 安 装 完 毕 后 进 行 振
振 动 测 试 依 据 标 准 是
<=%!21 &*122
及
动测试，
以减小产品对建筑物的½响
图
-
磁化曲线
>"*(!!1&22
的规定。测试条件是在设备的最高运
行电压、
额定频率下进行测试。测试仪器是
>?&-"
型测振仪。每台产品在现场安装完成后还要进行振
动测试。
现场测试要求设备水平放½，
地脚与混凝土
地基用预埋地脚螺栓牢固连接。
测 量 ½ ½ ： 图
’@
看 ， 地 脚
3
、 、 、 四 点
从
在
" % A
（即电抗器长½、
短½）
进行三维测量；
从图
’;
看，
在
铁 心 上 夹 件
=
、 、 、 和 下 夹 件
=D
、 、 、 八 点
B > C
BD >D CD
进行三维测量；
主要测量下部分的振动值。
经振动测试，额定容量为
’ ’((9E;F
的电抗器，
（
!
）
抑制由于磁致伸缩引起的硅钢片的纵向振
动产生的噪声，以及由于气隙边缘效应致½部分磁
通垂直进入硅钢片引起的硅钢片叠片方向振动产生
的噪声。
可采用多根穿心螺杆的铁心饼结构。
该结构
½给铁心饼叠片提供足够的压紧力，并在铁心饼工
艺装配时给铁心叠片足够的预紧力。铁心饼的真空
浸漆工艺及铁心整½涂刷专用胶工艺这些措½，
½
铁心整½性更强。
这些措½对降
万方数据
经过多次实践证明，
第
!
期
表
"
型号
电抗
.
"
・相
-’
设计值
实测值
李金水：
干式铁心并联电抗器产品设计要点
!"
*+,)-! ### . ’#
、
*+,)-3### . ’#
设计值和实测值性½对比
温升
. +
设计值
实测值
损耗
. 45
设计值
实测值
噪声
. 6*
设计值
实测值
局放
. ()
设计值
实测值
振动
.
!$
设计值
实测值
*+,)-! ### . ’#
*+,)-3 ### . ’#
7#%#
’3%8
’2%&"
’3%!
2#
8#
8#%!
32%!
7!
"!
!
""
38
32
!&%!
33%!
’#
!
&
!
"#
"7
常 规 产 品 局 部 放 电 量
!’#()
，
*+,)-! ### . ’#
产品在检测时，
产品的局部放电量为
/0!()
。
在后来
的设计中我们已进行了改进。通过严格控制制造和
工艺过程，
产品的整台局部放电量
1!()
。
"%2
加装减振垫等零部件，
控制电抗器的自振
电抗器
（变压器）
自身的频率通常为十几赫兹，
该频率½避开建筑物的振动频率，而不致引发建筑
物的共振。
由于产品的设计、
结构等问题导致产品的
振动振幅较大时，
会引起建筑物基础振动，
这种振动
让人担心会引起建筑物的共振。
½应该说，
只是产品
的振幅较大，并不意味着产品的振动频率接近了建
筑物的振动频率。
为了控制产品的自振，
在产品的各
个金属接触面上加制了减振垫。根据对
*+,)-! ### .
表明产
’#
、
*+,)-3 ### . ’#
产品进行的一系列试验，
品正常运行时并未引起相接触的建筑物
（水泥地面）
的明显振动。
表
"
列 出 了
*+,)-! ### . ’#
和
*+,)-3 ### .
’#
产品的相关数据。
结
!""
束语
图
!
产品振动测试½½图
我 厂 生 产 的
*+,)-! ### . ’#
产 品 已 通 过 ½ 家
变压器质检中心的试验，
并通过鉴定。通过专家监
造、模拟运行到最终运行，
*+,)-! ### . ’#
产品挂
½运行后效果良½。
其高起动½矩为
"#!$
。
"%&
严格控制制造和工艺过程，
降½局部放电量
!"# $%&’() &’ *")&+’ ,&)( %- *.#/0#1" 234’( 5"67(%.)
8&(3 96+’"(&7 :%."
!" #$%#
&’($
（
*9:;:<= >?9@AB:@ CDE9B >FG:($9<A 5DB4HI *9:;:<= ’#7/#’I )J:<K
）
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万方数据
（
， 北京市人，
北京电力设备厂工程师，
从事特种变压器设计工½。
&’()%
李金水
’233-
） 男，
京公网安备 11010802033920号
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