现场测量电抗器的空间磁场分布可以获得较精确的数据，但要投入大量的人力物力，且无法在电抗器建造完成前进行测量。因此有必要建立电抗器的简化模型，开展空间磁场的预测研究，为大型电抗器的设计和制造提供理论和技术依据。

山东大学电气工程学院代岭均、邹亮、孙玉鑫、张黎与南方电网超高压输电公司检修试验中心刘青松在年第4期《电工技术学报》上撰文，在现有的缩比模型、三环简化缩比模型的基础上，提出一种五环简化缩比模型，该模型在预测大型电抗器空间磁场分布方面比三环简化缩比模型精度更高，且模型的制作比传统缩比模型更为简便。

研究背景

大型干式空心电抗器具有线性度高、损耗小、参数稳定、电阻小等优点，在高压、特高压电力系统中得到了广泛应用。随着空心电抗器的电压等级和尺寸逐渐增加，其向周围产生的强烈磁场已经不可忽视。附近的大型电气设备均可能因为电抗器的空间磁场产生涡流和环流，从而导致铁心损耗增加、温度升高、保护误动等严重后果。因此，研究空心电抗器的空间磁场分布和磁场预测显得尤为重要。

论文所解决的问题及意义

缩比模型和三环简化缩比模型可以实现在干式空心电抗器的设计阶段预测其空间磁场分布，但缩比模型的制作复杂，费时费力；三环简化缩比模型可有效减少磁场预测过程的工作量，然而存在可调自由度低、径向磁场误差较大的问题。因此，有必要在此基础上提高简化缩比模型的磁场预测的参数调节自由度和预测精度。

论文方法及创新点：

1.空心电抗器的五环简化缩比模型

图1三环模型和五环模型

相比于三环简化缩比模型，五环简化缩比模型增加了线圈的数目，减小了漏磁；同时，五环简化缩比模型有更多的可调参数，自由度更高，模型的预测精度更高。

2.空心电抗器最优简化缩比模型的计算

为了得到不同高径比的干式空心电抗器对应的最优简化缩比模型，先保持各个线圈的匝数不变，仅调整线圈位置，得到匝数相等、位置可调的三环和五环简化缩比模型；在此基础上，研究线圈匝数和位置同时调整时对应的三环和五环简化缩比模型。

（1）线圈匝数不变，调节线圈位置

通过仅调节线圈的位置，分别计算不同高径比的干式空心电抗器原模型对应的三环、五环简化缩比模型结构，并将两种模型与原模型对比，计算方均根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAPE）和决定系数（R2），针对不同结构的电抗器原模型五环简化模型的RMSE和MAPE均小于三环简化模型，而R2均大于三环简化模型，五环简化模型比三环简化模型有更高的预测精度。

图2RMSE、MAPE、R2

（2）线圈的匝数和位置均可调

在线圈匝数不变、调节线圈位置得到的模型基础上，对简化缩比模型继续优化，得到线圈的匝数和位置均可调的简化缩比模型，模型的可调参数更多，预测精度更高。

图RMSE、MAPE、R2

.试验验证

在实验室中绕制了电抗器的原模型和两种简化缩比模型如图4所示，磁场测量示意图如图5所示。

图4实验室绕制模型图5磁场测量示意图

4.现场试验

现场测量某换流站平波电抗器的空间磁场，并与仿真结果、实验室测量结果比对，验证了五环简化缩比模型的准确性。

图6±kV换流站极母线平波电抗器

结论

本文提出了干式空心电抗器的五环简化缩比模型，通过计算五环和三环简化模型各个典型方向上的空间磁场分布确定了不同结构原模型对应的两种最优简化模型的最优结构参数函数表达式。线圈位置和匝数均可调的五环简化缩比模型精确度较高，实验室绕制模型测量、现场试验测量结果均证明了五环简化缩比模型可以等效实际空心电抗器的空间磁场分布。

团队介绍

本文高校研究人员隶属于山东大学电气工程学院新型电工材料与先端技术研究团队，团队负责人为邹亮教授，迄今在国内外重要学术期刊与会议上共发表研究论文余篇。研究方向涉及：高压电磁装备磁化建模理论、高频变压器铁磁材料改性设计、电力系统故障限流技术、绝缘材料设计与分子动力学模拟等。

该论文的通讯作者为山东大学邹亮教授、博士生导师，电气工程学院电工理论与新技术研究所所长，国家级青年人才计划入选者，中国电工技术学会储能系统与装备专业委员会委员，山东省电工技术学会高压绝缘与电工材料专业委员会委员，IEEEStd编委，中国电机工程学会会员。主持国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金2项、国家重点研发计划子课题2项、山东省重点研发计划项目1项（首席科学家）、高等学校博士点专项科研基金1项、中国博士后科学基金面上项目1项及多项校企合作项目。

本文编自年第4期《电工技术学报》，论文标题为“干式空心电抗器五环简化缩比模型最优结构对比分析”。本课题得到国家自然科学基金项目、新能源电力系统国家重点实验室开放课题项目和南方电网科技项目的支持。

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