随着现代电力系统向大容量、高电压方向发展,广泛用于大型发电机组测量和保护用的大电流互感器的研制就变得很紧迫。考虑到大电流互感器具有大电流、强电磁干扰和多相运行等特点,在设计大电流互感器时,必须采取有效的屏蔽措施,屏蔽来自邻相的杂散磁通。传统的屏蔽方案是采用金属屏蔽罩,尽管有效,但设备笨重。本文中,作者对有外层屏蔽绕组的大电流互感器进行了各种研究。 大电流互感器采用绕组屏蔽方式后,如何优化设计屏蔽绕组,使屏蔽绕组能够充分有效地屏蔽杂散磁通对环形铁心的影响呢?针对上述的问题,本文作者主要完成如下几个方面的工作: 1、首先对国内外大电流互感器的发展与研究现状进行了叙述,并成功设计了15000/5A大电流互感器。 2、对精典的电磁场理论和场路耦合法的数学理论进行了深入的研究,建立了大电流互感器的三维场路耦合有限元分析的数学模型和仿真模型。应用有限元软件ANSYS建立三维有限元仿真模型和基于场路耦合原理的外部耦合电路。 3、理论分析了杂散磁通对电流互感器铁心的影响;重点分析了绕组屏蔽杂散磁通理论;通过等值电流法,得到无论三相还是多相电流互感器条件下,中间相的电流互感器所受到的杂散磁通是最为严重的,为大电流互感器的有效保护提供了科学依据。 4、为了得到最优化屏蔽绕组,对屏蔽绕组的匝数采用离散化替代连续性,再考虑屏蔽绕组在环形铁心上的位置,共提出了多种优化方案;根据三维场路耦合有限元分析模型,精确计算出屏蔽绕组中的电流、电流分布、环形铁心中的磁感应强度分布和外层绕组的局部最高温升,通过比较多种计算结果,得到大电流互感器屏蔽绕组的最优化方案。 5、最后建立了大电流互感器的等效磁势法和降流回路法两种试验方案模型,通过比较试验方案仿真计算结果和出厂试验结果,证明了仿真计算结果是正确的,可靠的。 通过对屏蔽绕组进行优化设计后,有效地削弱了杂散磁通,使得大电流互感器轻型化、小型化,节约了大量的铜材料,使得其运输更加方便。