專利名稱：偏磁式消弧線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種消弧線圈，特別是一種偏磁式消弧線圈，屬于消磁技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在中壓配電網(wǎng)中(我國為6～66KV電壓等級電網(wǎng))，單相接地故障占總故障的80％以上，對單相接地危害的治理非常重要。當(dāng)單相接地電容電流較大時，需要在中性點(diǎn)安裝消弧線圈補(bǔ)償接地電流。目前廣泛采用的消弧線圈(如調(diào)匝式和調(diào)容式)補(bǔ)償電流都為分級可調(diào)的，不能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流，影響補(bǔ)償效果。動芯式(調(diào)鐵芯氣隙式)可連續(xù)調(diào)節(jié)電流，但噪音大、調(diào)節(jié)速度慢、控制特性差、不可帶高壓調(diào)節(jié)且造價昂貴。閘流式(通過調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角達(dá)到改變電流的目的)產(chǎn)生大量的諧波，使其滿足一定諧波要求的調(diào)節(jié)范圍太小。老式偏磁消弧線圈由于偏磁回路中反饋偶次諧波特別大且是電流源性質(zhì)，不僅使得對偏磁的控制很困難，而且無法使鐵芯進(jìn)入極度磁化狀態(tài)，從而諧波大、調(diào)節(jié)范圍小，這也是這種消弧線圈沒有得到普遍應(yīng)用的原因。
按照勵磁方式的不同，偏磁式消弧線圈可分為橫向勵磁、縱向勵磁和縱橫向勵磁三種類型。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，尹中東等人在《變壓器》，1998，35(7)1～4上撰文“磁閥式可控電抗器的研究”，該文介紹了一種磁閥式可控電抗器?！按砰y”的概念是前蘇聯(lián)學(xué)者1986年提出的，使可控電抗器的理論向前發(fā)展了一大步。磁閥式可控電抗器屬于縱向偏磁式電抗器，單相磁閥式電抗器可用作消弧線圈。它由鐵芯、繞組、兩個晶閘管和一個二極管組成。它的繞組既是工作繞組又是偏磁繞組。它利用電網(wǎng)電壓經(jīng)自身繞組自耦變壓由晶閘管整流獲得偏磁電流。這種電抗器作為消弧線圈用存在三個問題，一是偏磁電源不穩(wěn)定。在電網(wǎng)常態(tài)下消弧線圈端電壓幾乎為零，數(shù)值很小且隨電網(wǎng)狀態(tài)不同而變化。發(fā)生接地故障后，端電壓隨接地情況不同急劇變化，特別是發(fā)生間歇性接地時情況更嚴(yán)重。偏磁電源依賴于消弧線圈端電壓，所以電抗器的狀態(tài)很難控制。二是它的磁路上無氣隙，零偏磁狀態(tài)下體現(xiàn)為非線性電感，不僅對電網(wǎng)鐵磁諧振過電壓不起限制作用，本身也成為誘發(fā)鐵磁諧振過電壓的因素。三是諧波含量大，滿足諧波要求的有效使用調(diào)節(jié)深度小。理論上可以證明只含有一級磁化區(qū)的偏磁電抗器，在有效調(diào)節(jié)深度為2時，其電感電流諧波含量最大約8％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種偏磁式消弧線圈，使得偏磁繞組中幾乎沒有反饋諧波，鐵芯可以在較小的偏磁容量下達(dá)到極度磁化，在合理經(jīng)濟(jì)條件下調(diào)節(jié)深度(補(bǔ)償電流上、下限之比)達(dá)到10倍以上。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明偏磁式消弧線圈包括偏磁繞組、補(bǔ)償繞組和磁路上帶有二到三級減小截面部分的三柱鐵芯，偏磁繞組為兩個串聯(lián)的圓筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱上，補(bǔ)償繞組為三個圓筒形包，兩個圓筒形包先并聯(lián)，然后同第三個圓筒形包串聯(lián)，兩個并聯(lián)的圓筒形包套在三柱鐵芯的兩邊柱上偏磁繞組的外部，第三個圓筒形包套在三柱鐵芯中柱上，并將三柱鐵芯中柱上的氣隙套住。
偏磁繞組與三柱鐵芯之間、偏磁繞組與補(bǔ)償繞組之間為絕緣層和散熱孔，偏磁繞組、補(bǔ)償繞組與上下軛鐵間為絕緣墊塊。
三柱鐵芯的結(jié)構(gòu)為邊柱磁路上放置二到三級減小截面的部分，每級遞減截面面積，相同截面的部分又被分為若干段沿磁路均勻布置，這些減小截面的部分被作為磁化區(qū)，磁化區(qū)的長度決定了消弧線圈補(bǔ)償電流的上限。三柱鐵芯兩邊柱和上下軛鐵構(gòu)成偏磁磁場回路，偏磁磁壓降主要降落在磁化區(qū)上，不同級的磁化區(qū)工作在不同的飽和狀態(tài)，隨著偏磁的增加，各級磁化區(qū)相繼進(jìn)入極度磁飽和狀態(tài)。補(bǔ)償電流隨著偏磁的加強(qiáng)而增加，這種鐵芯磁化方式使得補(bǔ)償電流諧波含量在整個變化范圍內(nèi)都很小。三柱鐵芯兩邊柱、上下軛鐵及中柱構(gòu)成交流磁場回路，交流工作磁通經(jīng)兩邊柱、上下軛鐵匯集到中柱后閉和。在三柱鐵芯中柱上均勻布置有若干段氣隙，該氣隙的長度決定了補(bǔ)償電流下限，它使得消弧線圈在零偏磁時仍為線性電感，從而避免由于電感非線性而產(chǎn)生危險的鐵磁諧振過電壓。
偏磁繞組由兩個繞組組成，它們分別套裝在三柱鐵芯兩個邊柱上，兩繞組串聯(lián)，使得工頻感應(yīng)電壓互相抵消，偏磁電流由F1和F2端注入。補(bǔ)償繞組由三個繞組組成，分別套裝在兩個邊柱偏磁繞組外和中柱上，接線方式為兩邊柱繞組并聯(lián)，然后同三柱鐵芯中柱繞組串聯(lián)，O端接地，N端接電網(wǎng)中性點(diǎn)。三柱鐵芯兩邊柱交流繞組并聯(lián)的結(jié)果使得偏磁繞組中感應(yīng)偶次諧波減至最小且呈電壓源性質(zhì)，在忽略交流繞組電阻的情況下，偏磁控繞組中偶次諧波為零。偏磁繞組布置在兩側(cè)補(bǔ)償繞組的內(nèi)部，三柱鐵芯中柱氣隙布置在中柱繞組的內(nèi)部，極大減少漏磁通及漏磁損耗。
在補(bǔ)償繞組上施加額定電壓，偏磁繞組施加零偏磁，此時補(bǔ)償繞組中電流為補(bǔ)償電流的下限值。隨著偏磁繞組施加偏磁電流的增加，三柱鐵芯上不同截面的磁化區(qū)逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài)。在同一偏磁電流下，最小截面的磁化區(qū)段飽和度最高，較大截面的磁化區(qū)段次之。施加偏磁電流的結(jié)果是使得三柱鐵芯磁化區(qū)的磁導(dǎo)率變化，從而使補(bǔ)償繞組的電流增加。由于三柱鐵芯主磁路截面大，設(shè)計(jì)結(jié)果即使在最大偏磁時也不飽和。在最大偏磁時，磁化區(qū)全部進(jìn)入極度磁化狀態(tài)，補(bǔ)償電流達(dá)到最大值即消弧線圈補(bǔ)償上限。所以隨著施加偏磁電流的變化，補(bǔ)償電流連續(xù)變化。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，補(bǔ)償電流中的諧波含量隨著磁化的增強(qiáng)而減小，磁化區(qū)進(jìn)入極度磁化后，補(bǔ)償電流中諧波為零。在磁路中設(shè)計(jì)不同截面的磁化區(qū)，使它們工作在不同的磁化狀態(tài)，從而使補(bǔ)償電流在全變化范圍內(nèi)滿足諧波要求。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明中補(bǔ)償繞組采用三柱鐵芯兩個邊柱繞組并聯(lián)再同中柱串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使得偏磁繞組中感應(yīng)電流減到最小，當(dāng)忽略補(bǔ)償繞組電阻時偏磁繞組中感應(yīng)電流為零。并且補(bǔ)償繞組的并聯(lián)結(jié)構(gòu)使得偏磁繞組感應(yīng)電流的性質(zhì)變?yōu)殡妷涸葱再|(zhì)，即使加裝限制電抗器也不會產(chǎn)生振動和噪音。實(shí)際情況是35KV以下的應(yīng)用場合不須要加裝限制電抗器，35KV以上的應(yīng)用場合加裝一很小的限制電抗器即可。本發(fā)明中鐵芯磁化區(qū)不用芯式結(jié)構(gòu)，而是在主磁路上設(shè)計(jì)幾個縮小截面的段，這些段作為磁化區(qū)。這樣解決了兩個大問題，一是可以更容易地使磁化區(qū)進(jìn)入極度磁化狀態(tài)，使可以達(dá)到的飽和程度更高，需要的磁化容量更小，從而使消弧線圈有更深的調(diào)節(jié)深度和更小的諧波含量。二是這種三柱鐵芯結(jié)構(gòu)使得偏磁繞組和補(bǔ)償繞組可以做成同心的圓筒形包，偏磁繞組包可以較緊密地放入補(bǔ)償繞組包內(nèi)，加工簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，漏磁小。


圖1偏磁消弧線圈結(jié)構(gòu)示意2偏磁消弧線圈各繞組接線圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括偏磁繞組1、補(bǔ)償繞組2和磁路上帶有二到三級減小截面部分的三柱鐵芯3，偏磁繞組1為兩個串聯(lián)的圓筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱4上，補(bǔ)償繞組2為三個圓筒形包，兩個圓筒形包先并聯(lián)，然后同第三個圓筒形包串聯(lián)，兩個并聯(lián)的圓筒形包套在三柱鐵芯3的兩邊柱4上偏磁繞組1的外部，第三個圓筒形包套在三柱鐵芯3中柱5上，并將三柱鐵芯中柱5上的氣隙套住。
偏磁繞組1與三柱鐵芯3之間、偏磁繞組1與補(bǔ)償繞組2之間為絕緣層6和散熱孔7，偏磁繞組1、補(bǔ)償繞組2與上下軛鐵間為絕緣墊塊。
三柱鐵芯3邊柱磁路上設(shè)置二到三級減小截面的部分8、9，每級遞減截面面積，相同截面的部分又被分為若干段沿磁路均勻布置，在三柱鐵芯中柱5上均勻布置有若干段氣隙10。
三柱鐵芯兩邊柱4和上下軛鐵構(gòu)成偏磁磁場回路，三柱鐵芯兩邊柱4、上下軛鐵及中柱5構(gòu)成交流磁場回路，交流工作磁通經(jīng)兩邊柱4、上下軛鐵匯集到中柱5后閉和。
偏磁繞組1由兩個繞組組成，它們分別套裝在三柱鐵芯3的兩個邊柱4上，兩繞組串聯(lián)。
補(bǔ)償繞組2由三個繞組組成，分別套裝在三柱鐵芯3兩個邊柱偏磁繞組外和中柱5上，兩邊柱繞組11并聯(lián)，然后同三柱鐵芯3中柱繞組12串聯(lián)，O端接地，N端接電網(wǎng)中性點(diǎn)。
偏磁繞組1布置在兩側(cè)補(bǔ)償繞組2的內(nèi)部，三柱鐵芯3中柱氣隙10布置在中柱繞組12的內(nèi)部。
權(quán)利要求
1.一種偏磁式消弧線圈，包括偏磁繞組(1)、補(bǔ)償繞組(2)和磁路上帶有二到三級減小截面部分的三柱鐵芯(3)，其特征在于，偏磁繞組(1)為兩個串聯(lián)的圓筒形包，分別套在三柱鐵芯(3)的兩個邊柱(4)上，補(bǔ)償繞組(2)為三個圓筒形包，兩個圓筒形包先并聯(lián)，然后同第三個圓筒形包串聯(lián)，兩個并聯(lián)的圓筒形包套在兩邊柱(4)上偏磁繞組(1)的外部，第三個圓筒形包套在三柱鐵芯(3)中柱(5)上，并將三柱鐵芯中柱(5)上的氣隙(10)套住。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，偏磁繞組(1)與三柱鐵芯(3)之間、偏磁繞組(1)與補(bǔ)償繞組(2)之間為絕緣層(6)和散熱孔(7)，偏磁繞組(1)、補(bǔ)償繞組(2)與上下軛鐵間為絕緣墊塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，三柱鐵芯(3)邊柱磁路上設(shè)置二到三級減小截面的部分(8)、(9)，每級遞減截面面積，相同截面的部分又被分為若干段沿磁路均勻布置，在三柱鐵芯中柱(5)上均勻布置有若干段氣隙(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，三柱鐵芯兩邊柱(4)和上下軛鐵構(gòu)成偏磁磁場回路，三柱鐵芯兩邊柱(4)、上下軛鐵及中柱(5)構(gòu)成交流磁場回路，交流工作磁通經(jīng)兩邊柱(4)、上下軛鐵匯集到中柱(5)后閉和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，偏磁繞組(1)由兩個繞組組成，它們分別套裝在三柱鐵芯(3)的兩個邊柱(4)上，兩繞組串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，補(bǔ)償繞組(2)由三個繞組組成，分別套裝在三柱鐵芯(3)兩個邊柱偏磁繞組外和中柱(5)上，兩邊柱繞組(11)并聯(lián)，然后同三柱鐵芯(3)中柱繞組(12)串聯(lián)，O端接地，N端接電網(wǎng)中性點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的偏磁式消弧線圈，其特征是，偏磁繞組(1)布置在兩側(cè)補(bǔ)償繞組(2)的內(nèi)部，氣隙(10)布置在中柱繞組(12)的內(nèi)部。
全文摘要
一種偏磁式消弧線圈，屬于電氣技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括偏磁繞組、補(bǔ)償繞組和磁路上帶有二到三級減小截面部分的三柱鐵芯，偏磁繞組為兩個串聯(lián)的圓筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱上，補(bǔ)償繞組為三個圓筒形包，兩個圓筒形包先并聯(lián)，然后同第三個圓筒形包串聯(lián)，兩個并聯(lián)的圓筒形包套在三柱鐵芯的兩邊柱上偏磁繞組的外部，第三個圓筒形包套在三柱鐵芯中柱上，并將三柱鐵芯中柱上的氣隙套住。本發(fā)明偏磁繞組中幾乎沒有反饋諧波，鐵芯可以在較小的偏磁容量下達(dá)到極度磁化，在合理經(jīng)濟(jì)條件下調(diào)節(jié)深度即補(bǔ)償電流上、下限之比達(dá)到10倍以上。
文檔編號H02H9/00GK1472860SQ0312954
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者蔡旭, 蔡 旭 申請人:上海交通大學(xué)