专利名称：一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计方法
一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计方法技术领域
本发明属于电力电子器件领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计 方法。
背景技术：
直流换流阀用饱和电抗器由金属绕制的线圈以及硅钢片叠合的铁芯交链而成，串 联于换流阀电气系统对晶闸管发挥主保护作用，因此在运行工况、试验工况和故障工况中 需要承受不同强度的电气应力，从而产生损耗。目前，换流阀系统的通断容量日益增大，结 构布局却日益紧凑小巧，饱和电抗器产生的损耗相应增加，散热条件更为苛刻，而饱和电抗 器的组部件和材料均有最佳工作温度及运行温度极限，现有商业化运行的饱和电抗器均采 用了水风联合冷却方式，部分品牌采用双水内冷方式。冷却结构的设计、冷却流量的控制、 冷却系统流阻特性均要综合优化，以满足饱和电抗器运行温度要求，实现换流阀冷却系统 的综合匹配。发明内容
本发明的目的在于，提供一种直流换流阀用饱和电抗器热力性能的设计方法，该 方法系统揭示了饱和电抗器热力性能分析和冷却系统设计的步骤，将分析与设计的过程分 为四个阶段饱和电抗器损耗的计算、饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型 式和饱和电抗器冷却流量优化，基于理论计算或仿真分析等手段，详述了各个步骤的实现 方法，并结合具体的设计实例详细阐述了设计实施过程，并给出了设计结果。
本发明提出的一种饱和电抗器热力性能分析与冷却系统设计方法，分为饱印电抗 器损耗的计算、饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型式和饱和电抗器冷却 流量优化四个阶段，具体包括以下步骤
(1)饱和电抗器损耗计算
依据饱和电抗器在换流阀中承受的典型电压、电流波形以及功率的定义式(1)，可 计算得出饱和电抗器的总损耗，以此作为热力性能分析的激励源
权利要求
1.一种饱和电抗器热力性能分析与冷却系统设计方法，分为饱和电抗器损耗的计算、 饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型式和饱和电抗器冷却流量优化四个阶 段，具体包括以下步骤(1)饱和电抗器损耗计算依据饱和电抗器在换流阀中承受的典型电压、电流波形以及功率的定义式(1)，可计算 得出饱和电抗器的总损耗，以此作为热力性能分析的激励源P = J^uit)-i(t)dt(1)(2)饱和电抗器温度场分析饱和电抗器运行中需要满足下面的热平衡约束-kVT-n = h\ T-Ta \α~\Τ-Τα) + Ε·Β(ΤΑ -7；4)(2)其中，k导热系数W/mK，T发热体的表面温度，Ta为环境温度，Tr辐射参考温度，η为单 位法向，h为对流换热系数，α为对流指数，B为斯忒潘-玻耳兹曼常数，E为发射率；采用 有限元方法，建立饱和电抗器模型，施加激励源，忽略空间热辐射带走的热量，假定冷却液 的散热比例，根据上式确定边界条件，即可获得饱和电抗器的温度场分布，其中，最高温度 称为热点温度，以热点温度作为冷却系统设计的控制条件；(3)饱和电抗器冷却结构型式设计饱和电抗器线圈的中空部分为饱和电抗器的冷却液流经路径，一定流速的冷却液流经 线圈后，将线圈产生的热量带走，C型铁芯之间设置散热片，散热片经冷却水管与冷却水路 相连接，接合处采用水接头进行连接，对铁芯进行冷却，此外饱和电抗器一部分热量向空气 辐射；(4)饱和电抗器冷却流量优化控制流体冷却效果主要通过控制冷却液的流量来加以限制，根据步骤O)中确定的散热比 例，通过仿真计算可以得到饱和电抗器热点温度与流量的关系曲线。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述线圈材料为中空铝管，绕制成椭圆形跑 道结构，C型铁芯以成对扣接的型式装配在椭圆跑道的直臂上，每两片铁芯之间装配一个铁 芯散热器，散热器与对侧直臂上的散热器通过水管相连接。
全文摘要
本发明属于电力电子器件领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计方法，该方法系统揭示了饱和电抗器热力性能分析和冷却系统设计的步骤，将分析与设计的过程分为四个阶段饱和电抗器损耗的计算、饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型式和饱和电抗器冷却流量优化，基于理论计算或仿真分析等手段，详述了各个步骤的实现方法，并结合具体的设计实例详细阐述了本发明的方法的实施过程，并给出了设计结果。
文档编号G06F17/50GK102033975SQ20101028027
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者于海玉, 刘杰, 朱家骝, 李志麒 申请人:中国电力科学研究院