(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221082583 5.5 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 三峡大学 地址 443002 湖北省宜昌市西陵区大 学路8 号 申请人 中国电力科 学研究院有限公司 (72)发明人 袁发庭　姜发　刘健犇　周兵　 唐波　陈彬　王玥　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 吴思高 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) H01F 27/33(2006.01) H01F 37/00(2006.01) (54)发明名称 一种带半开式隔音装置的空心电抗器及其 降噪散热优化方法 (57)摘要 一种带半开式带隔音装置的空心电抗器及 其降噪散 热优化方法， 根据叠装式空心电抗器的 设计参数和电气参数， 建立三维模型， 通过仿真 计算得到加/未加隔音装置下电抗器包封线圈的 磁通密度、 电磁力、 振动位移和声场分布； 根据得 到的电抗器电流和磁通密度分布， 结合电抗器包 封线圈的电流和基本结构， 计算得到包封线圈和 星型架损耗； 构建空心电抗器电磁场 ‑流场‑温度 场仿真模型， 计算加/未加 隔音装置下包封线圈 温度和周围流体流速分布特点； 计算隔音装置各 参数对电抗器测点声压级和最高温度的影响规 律； 根据构建的近似模型、 灵敏度分析和权重系 数计算结果， 获得电抗器隔音装置的最优参数。 该优化方法对电抗器隔音装置的参数优化具有 重要的参 考意义。 权利要求书4页 说明书13页 附图13页 CN 115329621 A 2022.11.11 CN 115329621 A 1.一种带半开式带隔音装置的空心电抗器， 包括电抗器本体(1)， 其特征在于： 电抗器 本体(1)外设有隔音装置(2)， 所述隔音装置(2)顶端和底端均设有开口(3)， 用于流体通流； 电抗器本体(1)顶端安装有消声器(4)。 2.根据权利要求1所述一种带半开式带隔音装置的空心电抗器， 其特征在于： 所述电抗 器本体(1)上 下端均连接星型架(6)， 相邻两相之间设有支撑柱(7)。 3.一种带半开式带隔音装置的空心电抗器降噪散热优化方法， 其特征在于包括以下步 骤： 步骤一： 获得空心电抗器的初始设计参数， 计算得到电抗器的电感矩阵， 结合流过电抗 器的额定电流， 获得 各包封线圈(8)的电流； 步骤二： 构建空心电抗器电路 ‑磁场‑结构场‑声场仿真模型， 通过材料属性、 网格剖分 和边界条件设置， 计算并获得电抗器的磁通密度、 振动位移和声场分布特点， 获得加装/未 加装隔音装置(2)下的电抗器的测点总声压级； 步骤三： 根据步骤二得到的电抗器磁通密度分布， 结合电抗器包封线圈(8)的电流和基 本结构， 计算得到包封线圈(8)和星型架(6)损耗； 步骤四： 构建电抗器的电路 ‑磁场‑流场‑温度场仿真模型， 通过热源加载、 材料参数热 导率和导热系数， 以及网格剖分、 边界条件设置， 计算得到加装/未加装隔音装置(2)下的电 抗器包封线圈(8)温度和周围流体流速分布特点； 步骤五： 选取影响隔音装置(2)结构的各项参数， 采用最优拉丁方试验方法， 以加装隔 音装置(2)下 的电抗器测点声压级和最高温度作为优化目标进行试验设计， 记录加装隔音 装置(2)下的电抗器测点声压级和最高温度； 基于灵敏度分析技术计算隔音装置(2)各参数 对电抗器测点声压级和最高温度的影响规 律； 步骤六： 通过步骤五的最优拉丁方试验仿真数据建立Kriging近似模型； 采用SPSS主层 次分析法计算获得电抗器 噪音和最高温度的权重系数； 通过MATLAB软件利用NSGA ‑Ⅱ算法 获得在约束 条件内隔音装置(2)最佳结构参数， 从而 可以获得加装隔音装置(2)下电抗器达 到抑噪和散热的均衡解。 4.根据权利要求3所述空心电抗器降噪散热优化方法， 其特征在于： 所述步骤一中， 计 算得到电抗器的电感矩阵， 电感矩阵其具体表达式和获得 各包封线圈(8)的电流 为： 电抗器满足的支路电压方程 为： 式中： 为各包封线圈的 的额定电压， 为各包封线圈电流， 为各包封线圈的电感； 通过电抗器结构和参数， 计算电感矩阵M后， 能够求得得电抗器各包封电流大小， 并施 加到模型中。 5.根据权利要求3所述空心电抗器降噪散热优化方法， 其特征在于： 所述步骤二包括以 下步骤： S2.1： 首先， 通过电抗器包封线圈(8)的结构特点和电感矩阵， 结合有限元法计算得到 包封线圈(8)的磁通密度和电磁力分布； 电抗器最大磁通密度位于中间层的最内层包封的中间位置； 每个电抗器的包封线圈的磁通密度沿径向方向向外逐渐衰减， 且沿轴向方向的两侧的权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115329621 A 2磁通密度基本呈现对称衰减的趋势； 电抗器轴向电磁力每个电抗器在弧长中部位置合力为0， 且沿轴向中间向两侧的 电磁 力大体呈现对称且逐渐增大趋势， 至顶端和低端位置 达到最大； 在整体来看， 最下端的轴向电磁力最大， 中间次之， 最上层最小； 而径向电磁力与轴向 相反， 它在每个电抗器包封线圈的中间位置达到最大， 然后逐渐向两端衰减， 而最外层线圈 径向电磁力基本为0； S2.2： 其次， 将包封线圈(8)产生的电磁力作为结构场相应的体载荷条件， 将最上端星 型架的上表面和最下层包封线圈的支撑柱最底面作为固定约束， 然后通过材料属 性、 网格 剖分和边界条件设置等， 计算获得电抗器 应力、 应变和振动加速度、 速度和位移分布特点； (1)材料属性设置： 叠装式干式空心电抗器的星型架和包封线圈的材料均为铝， 隔音罩为多孔介质材料， 遮雨帽为聚酯材 料， 消声器为聚酯材 料附带消声棉； (2)边界条件设置： 声场模型的边界条件设置如下： 声场采用了磁场、 电路、 固体力学、 压力声学 ‑频域四个 模块； 每个电抗器的包封线圈受到的电磁力作为体载荷条件； 设置最下层包封线圈的支撑 柱最底面 为固定约束， 其 他部位自由振动； 设置计算 域外边界为完 美匹配层； (3)网格剖分： 采用自定义剖分网格， 在电抗器本体位置处网格剖分较为密集， 半开式隔音罩、 消声器 和遮雨帽略微密集、 空气域采用常规 化分； 在应力方面， 在包封线圈(8)上的应力较小， 而在包封和支撑柱连接处的应力较大， 在振动位移方面， 由于支撑柱下底面为约束条件， 无法自由形变， 在最下层包封的支撑 柱的最低面的形变量 为0； 整体包封线圈振动位移呈现最上层包封振动位移最大， 中间次之， 最下层最小的趋势， 这是因为支撑柱存在固定约束， 无法自由形变， 因此将振动通过星型架和支撑柱传递给中 间层， 同理中间层也可传递给 上层， 因此 上层无约束条件， 振动位移最大； 在振动速度方面， 由于支撑柱下底面为约束条件， 无法自由形变， 因此， 在最下层包封 的支撑柱的振动速度基本为0； 整体各电抗器的包封线圈振动速度呈现上中层大， 最下层最小的趋势， 这是因为支撑 柱存在固定约束， 无法自由形变， 因此将振动通过星 型架和支撑柱传递给中间层和上层； 在 振动加速度方面， 由于支撑柱下底面为约束 条件， 无法自由形变， 最下层 包封的支撑柱的振 动加速度基本为0， 但会导致传递到上层 包封的振动加剧， 因此最下层电抗器振动加速度较 大， 中层次之， 最上层最小的趋势； 振动加速度的集中于各电抗器内部线圈的位置， 而星型架和包封的接触面， 支撑柱和 星型架的接触部分由于电磁力振动的传递 性导致振动加速度较大； S2.3： 最后， 将包封线圈(8)振动加速度作 为噪音的传播声源， 以空气为传播介质， 将电 抗器噪音计算域的边界条件设置为完美匹配层， 用来吸收边界上的声波， 通过材料属性， 结 合声压波动方程， 获得电抗器的声场分布特点， 并根据GB/T25092 ‑2010标准选取位于距隔 音装置(2)外侧3 m， 处于包封线圈(8)中间位置作为电抗器的声压测量点， 能够获得加装/未 加装隔音装置(2)下电抗器的总声压级。权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115329621 A 3