科学技术创新2021.10
张燕华
(日新电机（无锡）有限公司，江苏无锡214000)
验货平台1高压并联电容器用放电线圈的工作原理及作用
放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备，并联连接在电容器（组）两端。其作用是提供电容器断开电源后剩余电荷能快速泄放的途径，使电容器电压在规定时间内降到要求值以下，以保护电容器组的安全运行。当放电线圈有二次绕组时，可以兼做电容器组不平衡保护的信号检测元件。通常会采用开口三角和差压两种保护方式。 放电线圈正常运行时，其工作在交流电压下呈高励磁阻抗状态，此时电流很小，一般为微安级，本身消耗能量极小。当电容器在电网中断开后，为一衰减直流放电过程。在直流电压的作用下，铁心快速饱和，铁心电感迅速下降，呈空心电感状态。电容器储存电荷在放电线圈直流电阻上消耗吸收。当电压衰减到较低时，放电电流亦会随之减少，此时电抗器的饱和程度会减轻，其电感开始慢慢回升。由于放电线圈电感值在放电过程中是非线性的，可能会有几百到上千倍的变化幅度。例如，我公司设计的FDE-40.
5/√3-5.0-1W电抗器，正常运行时电感为34423H。在直流放电铁心饱和状态时，空心电感值为65H。电感相差约530倍。因此，正常情况下，放电过程是一个非周期性的衰减过程。部分产品在放电后期，可能会出现振荡过程。
供氧器本文按照DL/T653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》及JB/T8970-2014《高压并联电容器用放电线圈》的标准规定要求，以型号为FDE-11/√3-2.5-1W的放电线圈为例，介绍放电线圈芯体的设计全过程，对外壳、绝缘油及绝缘套管部分，本文不作说明。
2型号为FDE-11/√3-2.5-1W的放电线圈设计
2.1技术参数
U1=6350V U2=100V f=50Hz
S2=100VA S=2500kvar准确级1级
Ac/Imp=42/75kV
FDE-含二次的放电线圈U1-额定一次电压U2-额定二次电压f-频率S2-额定输出负荷S-放电容量Ac/Imp-耐压/雷电冲击电压
2.2结构选型
采用油浸式全密封结构，铁心结构选用单相单柱式，心柱部分采用玻璃丝带缠绕，其他部分采用螺栓紧固方式。心柱部接缝数为1，轭铁部接缝数为3。一次绕组分成匝数、尺寸相同的2个线包，进行串联。二次绕组直接绕在内圈绝缘纸筒上，在二次绕组外包绕一、二次绕组间绝缘，最后将卷好并组装好的一次线圈组装到二次线圈上。再将组装好的一、二次绕组装到铁心的心柱上。绝缘油采用45号变压器油，器身固定在箱体底部，在箱体盖板上用
摘要：论述了高压并联电容器用放电线圈的放电原理及作用，并用实例介绍其芯体设计方法。
关键词：放电线圈；原理；作用；芯体设计
中图分类号：TM471.2文献标识码：A文章编号：2096-4390(2021)10-0194-03
（转下页）
通过RPDU11传递。继续排查发现RPDU51-RPDU11之间的连接器发生部分针孔缩针，经地面测试分析,RPDU11仍然可以输出信号，但是代表数据有效性的FBS被置为无效状态。根据上述源数据选择原则,EDC A的软件继续选取A路的无效信号转换格式，传输至RDIU,RDIU解读到FSB为无效状态，将该信号丢弃，导致EICU 未收到有效的电源数据，此时EICU使用预先设置的Default值，将最终电源有效
信号数据置为失效安全考虑，导致Command2逻辑条件不满足,EICU无法发出正确信号，因此反推无法打开。
6.3故障解决措施及验证
通过上述分析，制定某民机反推故障处置方案：将RP-DU51-RPDU11之间的连接器进行退针并剪除接触件，清理封体确保没有多余物，同时重新铺线，恢复至设计初始构型。飞机上电地面开车验证反推展开正常，根据试飞数据显示，用于监控Command2通路是否正常的信号为1，代表反推Command2指令从EICU——
—TCQ(油门控制组件)——
—继电器的通路闭合，进一步查看EICU设备发出的OMS信息，发现OMS(飞机机载维护系统)页面正常出现代表EICU已发出Command2指令的信息，故障排除。
369ii7维护经验与建议
因为此次故障为某民机首次发生，为了避免此类故障的再次发生，同时后续切实提升某型民机机务自主维护能力水平，提出以下建议:
7.1设计角度。目前EICU以及反推系统的功能满足系统顶层需求以及系统安全性要求。但是，为了进一步提升系统可靠性，后续设计团队应将对电源系统、EICU以及航电系统支架的网络配置策略以及源端数据选择策略进行综合分析，寻设计优化的可能性，即EDC AB双通道选择方式优化，以期在系统安全性和可靠性之间达到更好的平衡。
7.2排故角度。7.2.1后续如再次发生此类故障时，不要先将EICU进行串件处理，应先通过数据采集器及OMS信息判断故障代码，确认故障来源，避免排故走不必要的弯路。7.2.2列举可能造成故障的原因，并判断各部分故障发生率的可能性，由高到低进行针对性排故，缩短排故时间。7.2.3EICU为发动机控制接口单元装置，当航前准备等特殊情况需快速排故时，可对EICU直接进行串件处理来进行故障定位。但需注意：为了避免由于飞机线路短路、断路等造成EICU内部损伤，只有OMS信息报EICU本身故障，并无其它线路告警时，可进行更换。
参考文献
[1]某民机试飞阶段动力装置系统维护检查要求.
[2]某民机电源系统数据分组转换软件详细需求文档.
作者简介：孟一(1993-)，男，职称：助理工程师。
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2021.10科学技术创新
10kV 绝缘瓷瓶和二次用绝缘子分别将一次和二次绕组出线引出。
2.3初步选定参数
（假定值）2.3.1磁通密度
Bc=0.81T (Bc：脚部磁通密度)By=0.81T (By：轭铁部磁通密度)
2.3.2每匝电压(放电线圈et 经验值为0.7～1.2V/匝)et=0.7143V/匝2.3.3绕组匝数
N2n=140匝N1n=8890匝2.3.4铁心截面积
Ac-铁心柱截面积（cm 2）Ay-铁轭截面积（cm 2）
2.4绕组设计
2.4.1实际一次绕组匝数及每匝电压
2.4.1.1采用减少一次线圈绕组匝数的方法，补偿电压误差，一次绕组减少△n=64T ，确定实际一次绕组总匝数为N1=N1n-△n=8826匝
一次绕组分为2个线包，每个线包匝数为4413T 2.4.1.2每匝电压计算
2.4.2实际磁通密度为
2.4.3绕组设计
2.4.
3.1一次绕组负载电流计算
I1-一次绕组负载电流
（A ）2.4.3.2二次绕组负载电流计算I2-二次绕组负载电流
（A ）2.4.3.3导线选择
一、二次绕组采用2级漆膜缩醛漆圆铜线。
一次绕组主线和辅线分别选择φ0.23mm 及φ0.8mm 。二次绕组选择φ1.8mm 导线。
采用辅线的目的一方面是因为进线与出线为薄弱点，
容易断线，用φ0.8mm 的线起到保护作用；另一方面是便于调节线圈的圈数。
导线截面积和电流密度分别为：S1主截=0.0415mm 2S1付截=0.5027mm 2
二次绕组导线φ1.8mm，导线截面积和电流密度分别为放电线圈绕组在最大输出时，电流密度为1.5~3A/mm 2。该设计
选线符合要求。
2.4.
3.4导线排列、绕组尺寸及绝缘（1）一次绕组高度和厚度
一次主线直径为φ0.23mm ，完工最大径为φ0.278mm ，每段
绕组卷线层数、圈数及所用电线规格，见表1。表1
一次绕组高度计算：
该电压等级按照经验，沿面=9.6mm ，层间绝缘纸厚为t0.06×2,
共36处，计算出H1=95.6mm
一次绕组厚度：t1=11.49mm （2）二次绕组高度和厚度
二次绕组电线直径为φ1.8mm ，层数为3层，里面两层为50T ，外层为40T 。
层间绝缘纸厚为t0.06×2，共3处二次线圈高度计算
该电压等级按照经验，沿面=22mm ，计算出：
H2=134mm 二次线圈厚度t2=6mm （3）绕组直径计算
该电压等级按照经验，铁心柱与二次绕组内周绝缘筒之间距离为2.5mm ，二次绕组内周绝缘筒为2mm ，一、二次绕组间绝缘厚为14.5mm ，一次绕组内绝缘筒厚为4mm ，一次绕组外绝缘厚为2mm ，一次绕组与外绝缘筒间余量为6mm ，外周绝缘筒厚为6mm 。
计算得出φd=199mm 。2.4.4绕组电阻及重量2.4.4.1一次绕组电阻一次绕组主线长度L 主=￠1平均×π×（N1-N 付）=4.21km 一次绕组付线长度
L 付=￠1平均×π×N 付=0.08km 查电线表得出20℃时R 主=L 主×459=1932ΩR 付=L 付×36.8=2.9ΩR 1=R 主+R 付=1934.9Ω2.4.4.2二次绕组电阻二次绕组长度
L2=￠2平均×π×N2=0.042km 查电线表得出20℃时R2=L2×7.15=0.3Ω2.4.4.3电线重量
查电线表得出20℃时m1主=L 主×0.39=1.64kg m1付=L 付×4.6=0.37kg m2=L2×23=0.97kg
1
10.7195/1
U et V N
匝4
4
11010.80834.441
11010.79074.441
et Bc T
f AC et By T
f Ay
2
10.015751
S I A U
2
2 1.002
S I A U
2
2
1
10.3790/mm 11
10.0313/mm 1I A S I A S
主主截付付截2
2
2 2.545mm 2
20.3930/mm 2S I A S 截主截
电线尺寸（mm ）
卷线构成（T ×L ）
圈数累计（T ）
φ0.8 41T
×1L
41T Φ0.23 126T
×34L
4325T Φ0.23 50T
×1L
4375T Φ0.8 38T
×1L
4413T
4
2
42
10
39.724.4410
39.724.44et Ac cm f Bc
et Ay cm f By
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科学技术创新2021.10
m=m1主+m1付+m2=2.98kg 2.5铁心设计
2.5.1铁心截面设计
图1铁心柱和铁轭截面尺寸
选择图1所示的铁心柱截面和铁轭截面，
叠片系数Sf=0.99Ac1=（4*2.6+7*4.3）×Sf=40.1cm 2
Ay1=2×（6.9×3.0）×Sf=40.1cm 22.5.2铁心尺寸及重量
硅钢片选择：厚度为0.35mm ，材质为RG14无取向冷轧硅钢片，尺寸见图2。
图2
铁心的片数及重量见表2。
表2
心柱部重量Gc=5.05kg 轭铁部重量Gy=12.7kg 铁心总重量G=17.75kg 2.6一次绕组层间、段间及一、二次绕组间绝缘计算2.6.1一次绕组层间绝缘计算层间平均电场强度=（（耐压/一次绕组圈）×2层圈数）/（层间绝缘厚度×层数）=6.8kV/mm
在工频试验电压下，油纸绝缘层间平均电场强度通常选用范围为5～7.5kV/mm 。
该设计层间平均电场强度6.8kV/mm 符合工频试电压下，
油纸绝缘层间平均电场强度要求范围。
2.6.2一、二次绕组平均电场强度计算
一、二次绕组间绝缘距离为一次绕组铜线到二次绕组铜线的距离28mm
在工频试验电压下，油纸绝缘层间平均电场强度通常选用不大于7kV/mm 。该设计一、二次绕组平均电场强度符合要求。2.7放电时间计算 2.7.1电容计算
C=1/ωXc=197.71μF 2.7.2空心电感计算
L=N12d φ×10-9=9.9H
2.7.3放电过程判别R1=1934.9Ω2√（L/C ）=454.9Ω比较得出R1-2√（L/C ）=1480>0
该设计在放电过程中为非振荡放电，
符合要求。2.7.4放电时间计算(过电压时)过电压Uk=1.5U1=9525V
该设计在额定频率及1.5倍过电压下，当电容器断电后，
其端子间的电压在5s 后，
由1.5×√2×U1电压降低至50V 以下，符合标准要求。
2.8放电电流计算
i=√2U1/R1=4.64A<9A
公司内设计规范规定放电电流小于9A 。该设计放电电流符合公司内标准要求。2.9温升计算
2.9.1电容器能量计算
2.9.2温升计算
该设计在额定频率及1.5倍过电压和额定二次负荷（功率因数为0.8~1）的条件下试验时温升＜55K ，符合标准要求。
3结论
本文简要介绍了高压并联电容器用放电线圈的放电原理及作用，着重通过实例介绍其芯体设计过程。文中关于放电线圈芯体设计部分主要是针对工程设计，部分参数源于公司多年的经验及实践总结，希望该文对高压并联电容器用放电线圈的设计起到借鉴作用。
参考文献
[1]高压并联电容器用放电线圈订货技术条件DL/T 653-2009.
[2]电力行业电力电容器标准化委员会编著.并联电容器装置技术及应用[M].北京：中国电力出版社.
[3]电力变压器第二部分温升GB1094.2-1996.
[4]电力变压器第三部分绝缘水平和绝缘试验GB 1094.3-85.[5]电工术语电力电容器GB2900.16-94.
[6]高压并联电容器GB3987.2-89.[7]高压并联电容器用放电线圈
JB/T8970-2014.
序号 尺寸（mm ） 片数 重量(kg) 孔径（mm ）
1 40×165 74 1.30 0
2 70×165 12
旧衣服加工设备3 3.80 0 3 30×130 148 1.5
4 1 4 30×11
5 24
6 2.2
7 1 5 30×165 394 5.22 1 6 30×240
197
3.80
2
c c 16.11
U X S
r d 0.10680.5825
8.5
D D
150
269
log 2.14s 5s
t t CR
CR
t CR
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17937Q J
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