专利名称：偏磁式消弧线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种消弧线圈，特别是一种偏磁式消弧线圈，属于消磁技术领域。
背景技术：
在中压配电网中(我国为6～66KV电压等级电网)，单相接地故障占总故障的80％以上，对单相接地危害的治理非常重要。当单相接地电容电流较大时，需要在中性点安装消弧线圈补偿接地电流。目前广泛采用的消弧线圈(如调匝式和调容式)补偿电流都为分级可调的，不能连续调节补偿电流，影响补偿效果。动芯式(调铁芯气隙式)可连续调节电流，但噪音大、调节速度慢、控制特性差、不可带高压调节且造价昂贵。闸流式(通过调节可控硅导通角达到改变电流的目的)产生大量的谐波，使其满足一定谐波要求的调节范围太小。老式偏磁消弧线圈由于偏磁回路中反馈偶次谐波特别大且是电流源性质，不仅使得对偏磁的控制很困难，而且无法使铁芯进入极度磁化状态，从而谐波大、调节范围小，这也是这种消弧线圈没有得到普遍应用的原因。
按照励磁方式的不同，偏磁式消弧线圈可分为横向励磁、纵向励磁和纵横向励磁三种类型。经文献检索发现，尹中东等人在《变压器》，1998，35(7)1～4上撰文“磁阀式可控电抗器的研究”，该文介绍了一种磁阀式可控电抗器。“磁阀”的概念是前苏联学者1986年提出的，使可控电抗器的理论向前发展了一大步。磁阀式可控电抗器属于纵向偏磁式电抗器，单相磁阀式电抗器可用作消弧线圈。它由铁芯、绕组、两个晶闸管和一个二极管组成。它的绕组既是工作绕组又是偏磁绕组。它利用电网电压经自身绕组自耦变压由晶闸管整流获得偏磁电流。这种电抗器作为消弧线圈用存在三个问题，一是偏磁电源不稳定。在电网常态下消弧线圈端电压几乎为零，数值很小且随电网状态不同而变化。发生接地故障后，端电压随接地情况不同急剧变化，特别是发生间歇性接地时情况更严重。偏磁电源依赖于消弧线圈端电压，所以电抗器的状态很难控制。二是它的磁路上无气隙，零偏磁状态下体现为非线性电感，不仅对电网铁磁谐振过电压不起限制作用，本身也成为诱发铁磁谐振过电压的因素。三是谐波含量大，满足谐波要求的有效使用调节深度小。理论上可以证明只含有一级磁化区的偏磁电抗器，在有效调节深度为2时，其电感电流谐波含量最大约8％。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种偏磁式消弧线圈，使得偏磁绕组中几乎没有反馈谐波，铁芯可以在较小的偏磁容量下达到极度磁化，在合理经济条件下调节深度(补偿电流上、下限之比)达到10倍以上。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明偏磁式消弧线圈包括偏磁绕组、补偿绕组和磁路上带有二到三级减小截面部分的三柱铁芯，偏磁绕组为两个串联的圆筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱上，补偿绕组为三个圆筒形包，两个圆筒形包先并联，然后同第三个圆筒形包串联，两个并联的圆筒形包套在三柱铁芯的两边柱上偏磁绕组的外部，第三个圆筒形包套在三柱铁芯中柱上，并将三柱铁芯中柱上的气隙套住。
偏磁绕组与三柱铁芯之间、偏磁绕组与补偿绕组之间为绝缘层和散热孔，偏磁绕组、补偿绕组与上下轭铁间为绝缘垫块。
三柱铁芯的结构为边柱磁路上放置二到三级减小截面的部分，每级递减截面面积，相同截面的部分又被分为若干段沿磁路均匀布置，这些减小截面的部分被作为磁化区，磁化区的长度决定了消弧线圈补偿电流的上限。三柱铁芯两边柱和上下轭铁构成偏磁磁场回路，偏磁磁压降主要降落在磁化区上，不同级的磁化区工作在不同的饱和状态，随着偏磁的增加，各级磁化区相继进入极度磁饱和状态。补偿电流随着偏磁的加强而增加，这种铁芯磁化方式使得补偿电流谐波含量在整个变化范围内都很小。三柱铁芯两边柱、上下轭铁及中柱构成交流磁场回路，交流工作磁通经两边柱、上下轭铁汇集到中柱后闭和。在三柱铁芯中柱上均匀布置有若干段气隙，该气隙的长度决定了补偿电流下限，它使得消弧线圈在零偏磁时仍为线性电感，从而避免由于电感非线性而产生危险的铁磁谐振过电压。
偏磁绕组由两个绕组组成，它们分别套装在三柱铁芯两个边柱上，两绕组串联，使得工频感应电压互相抵消，偏磁电流由F1和F2端注入。补偿绕组由三个绕组组成，分别套装在两个边柱偏磁绕组外和中柱上，接线方式为两边柱绕组并联，然后同三柱铁芯中柱绕组串联，O端接地，N端接电网中性点。三柱铁芯两边柱交流绕组并联的结果使得偏磁绕组中感应偶次谐波减至最小且呈电压源性质，在忽略交流绕组电阻的情况下，偏磁控绕组中偶次谐波为零。偏磁绕组布置在两侧补偿绕组的内部，三柱铁芯中柱气隙布置在中柱绕组的内部，极大减少漏磁通及漏磁损耗。
在补偿绕组上施加额定电压，偏磁绕组施加零偏磁，此时补偿绕组中电流为补偿电流的下限值。随着偏磁绕组施加偏磁电流的增加，三柱铁芯上不同截面的磁化区逐渐进入饱和状态。在同一偏磁电流下，最小截面的磁化区段饱和度最高，较大截面的磁化区段次之。施加偏磁电流的结果是使得三柱铁芯磁化区的磁导率变化，从而使补偿绕组的电流增加。由于三柱铁芯主磁路截面大，设计结果即使在最大偏磁时也不饱和。在最大偏磁时，磁化区全部进入极度磁化状态，补偿电流达到最大值即消弧线圈补偿上限。所以随着施加偏磁电流的变化，补偿电流连续变化。理论分析和实验表明，补偿电流中的谐波含量随着磁化的增强而减小，磁化区进入极度磁化后，补偿电流中谐波为零。在磁路中设计不同截面的磁化区，使它们工作在不同的磁化状态，从而使补偿电流在全变化范围内满足谐波要求。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明中补偿绕组采用三柱铁芯两个边柱绕组并联再同中柱串联的结构，使得偏磁绕组中感应电流减到最小，当忽略补偿绕组电阻时偏磁绕组中感应电流为零。并且补偿绕组的并联结构使得偏磁绕组感应电流的性质变为电压源性质，即使加装限制电抗器也不会产生振动和噪音。实际情况是35KV以下的应用场合不须要加装限制电抗器，35KV以上的应用场合加装一很小的限制电抗器即可。本发明中铁芯磁化区不用芯式结构，而是在主磁路上设计几个缩小截面的段，这些段作为磁化区。这样解决了两个大问题，一是可以更容易地使磁化区进入极度磁化状态，使可以达到的饱和程度更高，需要的磁化容量更小，从而使消弧线圈有更深的调节深度和更小的谐波含量。二是这种三柱铁芯结构使得偏磁绕组和补偿绕组可以做成同心的圆筒形包，偏磁绕组包可以较紧密地放入补偿绕组包内，加工简单，结构紧凑，漏磁小。
图1偏磁消弧线圈结构示意2偏磁消弧线圈各绕组接线图具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括偏磁绕组1、补偿绕组2和磁路上带有二到三级减小截面部分的三柱铁芯3，偏磁绕组1为两个串联的圆筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱4上，补偿绕组2为三个圆筒形包，两个圆筒形包先并联，然后同第三个圆筒形包串联，两个并联的圆筒形包套在三柱铁芯3的两边柱4上偏磁绕组1的外部，第三个圆筒形包套在三柱铁芯3中柱5上，并将三柱铁芯中柱5上的气隙套住。
偏磁绕组1与三柱铁芯3之间、偏磁绕组1与补偿绕组2之间为绝缘层6和散热孔7，偏磁绕组1、补偿绕组2与上下轭铁间为绝缘垫块。
三柱铁芯3边柱磁路上设置二到三级减小截面的部分8、9，每级递减截面面积，相同截面的部分又被分为若干段沿磁路均匀布置，在三柱铁芯中柱5上均匀布置有若干段气隙10。
三柱铁芯两边柱4和上下轭铁构成偏磁磁场回路，三柱铁芯两边柱4、上下轭铁及中柱5构成交流磁场回路，交流工作磁通经两边柱4、上下轭铁汇集到中柱5后闭和。
偏磁绕组1由两个绕组组成，它们分别套装在三柱铁芯3的两个边柱4上，两绕组串联。
补偿绕组2由三个绕组组成，分别套装在三柱铁芯3两个边柱偏磁绕组外和中柱5上，两边柱绕组11并联，然后同三柱铁芯3中柱绕组12串联，O端接地，N端接电网中性点。
偏磁绕组1布置在两侧补偿绕组2的内部，三柱铁芯3中柱气隙10布置在中柱绕组12的内部。
权利要求
1.一种偏磁式消弧线圈，包括偏磁绕组(1)、补偿绕组(2)和磁路上带有二到三级减小截面部分的三柱铁芯(3)，其特征在于，偏磁绕组(1)为两个串联的圆筒形包，分别套在三柱铁芯(3)的两个边柱(4)上，补偿绕组(2)为三个圆筒形包，两个圆筒形包先并联，然后同第三个圆筒形包串联，两个并联的圆筒形包套在两边柱(4)上偏磁绕组(1)的外部，第三个圆筒形包套在三柱铁芯(3)中柱(5)上，并将三柱铁芯中柱(5)上的气隙(10)套住。
2.根据权利要求1所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，偏磁绕组(1)与三柱铁芯(3)之间、偏磁绕组(1)与补偿绕组(2)之间为绝缘层(6)和散热孔(7)，偏磁绕组(1)、补偿绕组(2)与上下轭铁间为绝缘垫块。
3.根据权利要求1所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，三柱铁芯(3)边柱磁路上设置二到三级减小截面的部分(8)、(9)，每级递减截面面积，相同截面的部分又被分为若干段沿磁路均匀布置，在三柱铁芯中柱(5)上均匀布置有若干段气隙(10)。
4.根据权利要求1所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，三柱铁芯两边柱(4)和上下轭铁构成偏磁磁场回路，三柱铁芯两边柱(4)、上下轭铁及中柱(5)构成交流磁场回路，交流工作磁通经两边柱(4)、上下轭铁汇集到中柱(5)后闭和。
5.根据权利要求1所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，偏磁绕组(1)由两个绕组组成，它们分别套装在三柱铁芯(3)的两个边柱(4)上，两绕组串联。
6.根据权利要求1或2所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，补偿绕组(2)由三个绕组组成，分别套装在三柱铁芯(3)两个边柱偏磁绕组外和中柱(5)上，两边柱绕组(11)并联，然后同三柱铁芯(3)中柱绕组(12)串联，O端接地，N端接电网中性点。
7.根据权利要求1或5或6所述的偏磁式消弧线圈，其特征是，偏磁绕组(1)布置在两侧补偿绕组(2)的内部，气隙(10)布置在中柱绕组(12)的内部。
全文摘要
一种偏磁式消弧线圈，属于电气技术领域。本发明包括偏磁绕组、补偿绕组和磁路上带有二到三级减小截面部分的三柱铁芯，偏磁绕组为两个串联的圆筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱上，补偿绕组为三个圆筒形包，两个圆筒形包先并联，然后同第三个圆筒形包串联，两个并联的圆筒形包套在三柱铁芯的两边柱上偏磁绕组的外部，第三个圆筒形包套在三柱铁芯中柱上，并将三柱铁芯中柱上的气隙套住。本发明偏磁绕组中几乎没有反馈谐波，铁芯可以在较小的偏磁容量下达到极度磁化，在合理经济条件下调节深度即补偿电流上、下限之比达到10倍以上。
文档编号H02H9/00GK1472860SQ0312954
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月26日 优先权日2003年6月26日
发明者蔡旭, 蔡 旭 申请人:上海交通大学