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变电所常用电抗器原理及作用以及接线方式

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电抗器

    电抗器也叫电感器,一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场,所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小,所产生的磁场不强,因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式,称空心电抗器;有时为了让这只螺线管具有更大的电感,便在螺线管中插入铁心,称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗,比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器,然而由于过去先有了电感器,并且被称为电抗器,所以现在人们所说的电容器就是容抗器,而电抗器专指电感器。


分类

    按结构及冷却介质、按接法、按功能、按用途进行分类。

    1、按结构及冷却介质:分为空心式、铁心式、干式、油浸式等,例如

    干式空心电抗器、干式铁心电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。

   2、按接法:分为并联电抗器和串联电抗器。

   3、按功能:分为限流和补偿。

   4、按用途:按具体用途细分,    例如:限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器(可调电抗器、可控电抗器)、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。

干式空心电抗器


作用

    电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。

    串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。 220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括:

    1、轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压;

    2、改善长输电线路上的电压分布;

    3、使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动同时也减轻了线路上的功率损失;

    4、在大机组与系统并列时降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列;

    5、防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象;

    6、当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,

还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。

     电抗器的接线分串联和并联两种方式。串联电抗器通常起限流作用,并联电抗器经常用于无功补偿。

    1、半芯干式并联电抗器:在超高压远距离输电系统中,连接于变压器的三次线圈上。用于补偿线路的电容性充电电流,限制系统电压升高和操作过电压,保证线路可靠运行。

    2、半芯干式串联电抗器:安装在电容器回路中,在电容器回路投入时起

   电抗器的限流和滤波作用:

电网容量的扩大,使得系统短路容量的额定值迅速增大。如在500kV变电所的低压35kV侧, 最大的三相对称短路电流有效值已经接近50kA。为了限制输电线路的短路电流,保护电力设备,必须安装电抗器,电抗器能够减小短路电流和使短路瞬间系统的电压保持不变。

    在电容器回路安装阻尼电抗器(即串联电抗器),电容器回路投入时起抑制涌流的作用。同时与电容器组一起组成谐波回路,起各次谐波的滤波作用。如在500kV变电所35kV无功补偿装置的电容器回路中,为了限制投入电容器时的涌流和抑制电力系统的高次谐波,在35kV电容器回路中必须安装阻尼电抗器,抑制3次谐波时,采用额定电压35kV,额定电感量26.2mH,额定电流350A干式空心单相户外型阻尼电抗器,它与2.52Mvar电容器对3次谐波形成谐振回路,即3次谐波滤波回路。

     同样,为了抑制5次及以上高次谐波,采用了额定电压35kV,额定电感量9.2mH,额定电流382A单相户外型阻尼电抗器,它与2.52Mvar电容器对5次及以上高次谐波形成谐振回路。起到了抑制高次谐波的作用,需要说明的是,在国家标准《电抗器》GB10229—88和IEC289—88国际标准中均对阻尼电抗器的使用和技术条件作了规定。但目前国内有些部门将阻尼电抗器称为串联电抗器,严格来讲是不合适的,因为上述标准中均没有串联电抗器这个名称。

应用

并联电抗器:

发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。

铁心式电抗器由于分段铁心饼之间存在着交变磁场的吸引力,因此噪音一般要比同容量变压器高出10dB左右。并联电抗器里面通过的交流,并联电抗器的作用是补偿系统的容抗。通常与晶闸管串联,可连续调节电抗电流。

串联电抗器:

里面通过的是交流,串联电抗器的作用是与补偿电容器串联,对稳态性谐波(5、7、11、13次)构成串联谐振。通常有5~6%电抗器,属于高感值电抗器。

调谐电抗器:

里面通过的是交流电,串联电抗器的作用是与电容器串联,对规定的n次谐波分量构成串联谐振,从而吸收该谐波分量,通常n=5、7、11、13、19。

进线电抗器:

亦称换相电抗器,用于电网进线中,通过的是交流电流,进线电抗器的作用是限制变流器换相时电网侧的压降和晶闸管的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,以及并联变流器组的解耦。

限流电抗器:限流电抗器一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器,以限制馈线的短路电流,并维持母线电压,不致因馈线短路而致过低。

阻尼电抗器:

(通常也称串联电抗器)与电容器组或密集型电容器相串联,

用以限制电容器的合闸涌流。这一点,作用与限流电抗器相类似滤波电抗器滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器,一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道,以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源,必须加以滤除,不让其进入系统。电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。

消弧线圈

消弧线圈广泛用于10kV-63kV级的谐振接地系统。由于变电所的无油化倾向,因此35kV以下的消弧线圈现很多是干式浇注型。

平波电抗器:

平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的,在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的,需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器,使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中,平波电抗器也是不可少的。

   

平波电抗器在整流电路中是个重要元件,在中频电源中主要作用是:

1、限制短路电流,(逆变晶闸管换相时同时导通相当于整流桥负载直接短路)没有电抗器就直接短路。

2、抑制中频分量对工频电网的影响。

3、滤波作用(整流电流带有交流成分;高频交流不易通过大电感)使整流输出波形连续,如不连续,就会出现电流为零的时间,这时逆变桥停止工作,造成整流桥开路的现象。

4、并联逆变电路的输入功率有无功分量的吞吐,逆变桥的输入电路中必定有储能的元件电抗器。

直流控制的饱和电抗器

:串在电路中的扼流式或自饱和饱和电抗器,在电压正弦波的周期内,饱和电抗器在饱和前吸收了一定的伏-秒,达到饱和,以后就呈全开放状态。因此其输出电压是非正弦的,这种饱和电抗器的作用与晶闸管相似。

电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。


接线方法

ABCXYZ六个端子,可以将ABC作为电抗器进线端,XYZ作为电抗器出线端;也可以将XYZ作为电抗器进线端,ABC作为电抗器出线端。这没有什么具体的进线、出线的顺序要求,怎么接都行,对变频器不会有影响。只是注意一点:ABC、XYZ这两套端子,接线时不能互相交叉。

特点

进线电抗器

1、该进线电抗器为三相,均为铁芯干式;

2、铁芯采用优质低损耗进口冷轧硅钢片,

电抗器

气隙采用环氧层压玻璃布板作间隔,以保证电抗器气隙在运行过程中不发生变化;

3、线圈采用H级漆包扁铜线绕制,排列紧密且均匀,外表不包绝缘层,且有极佳的美感且有较好的散热性能;

4、进线电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘→真空浸漆→热烘固化这一工艺流程,采用H级浸渍漆,使电抗器的线圈和铁芯牢固地结合在一起,不但大大减小了运行时的噪音,而且具有极高的耐热等级,可确保电抗器在高温下亦能安全地无噪音地运行;

5、进线电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料,减少运行时的涡流发热现象;

6、外露部件均采取了防腐蚀处理,引出端子采用镀锡铜管端子;

7、该进线电抗器与国内同类产品相比具有体积小、重量轻、外观美等优点,可与国外知名品牌相媲美。

输出电抗器

输出电抗器亦称马达电抗器,它的作用是限制电机连接电缆的容性充电电流及使电机绕组上的电压上升率限制在54OV/us以内,一般功率为4-90KW变频器与电机间的电缆长度超过50m时,应设置输出电抗器,它还用于钝化变频器输出电压(开关的陡度),减少对逆变器中的元件(如IGBT)的扰动和冲击。输出电抗器主要应用于工业自动化系统工程中,特别是使用变频器的场合,用于延长变频器的有效传输距离,有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压。

输出电抗器的使用说明:为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆,增加电缆的绝缘强度,尽量选用非屏蔽电缆。

输出电抗器的特点:

1、适用于无功补偿和谐波的治理;

2、输出电抗器主要作用是补偿长线分布电容的影响,抑制输出谐波电流;

3、有效地保护变频器和改善功率因数,能阻止来自电网的干扰,减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

输入电抗器

输入电抗器的作用是限制变流器换相时电网侧的电压降;抑制谐波以及并联变流器组的解耦;限制电网电压的跳跃或电网系统操作时所产生的电流冲击。当电网短路容量与变流器变频器容量比大于33:1时,输入电抗器的相对电压降,对单象限工作为2%,四象限为4%。当电网短路电压大于6%时,允许输入电抗器运行。对于12脉动整流单元,至少需要一相对电压降为2%的网侧进线电抗器。输入电抗器主要应用于工业/工厂自动化控制系统中,安装在变频器、调速器与电网电源输入电抗器之间,用于抑制变频器、调速器等产生的浪涌电压和电流,最大限度的衰减系统中的高次谐波及畸变谐波。

输入电抗器的特点:

1、适用于无功功率补偿和谐波的治理;

2、输入电抗器用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击;对谐波起滤波作用,以抑制电网电压波形畸变;

3、平滑电源电压中包含的尖峰脉冲,平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷。


其它类型的电抗器


CRT 作为一种重要的可控电抗器类型, 对其分类的研究目前尚无文献报道。 近些年的研究主要集中在控制绕组的结构形式及控制方式的方面, 笔者根据控制绕组的结构不同将 CRT 分为单控制绕组型、多控制绕组型、多并联支路型、控制绕组分级式。

1 单控制绕组型电抗器

单控制绕组型只有一个控制绕组 (单相),考虑谐波抑制目的,增加一个第三绕组。 随着晶闸管触发角的变化,电抗器的功率也随之变化, 由于晶闸管的不完全导通 , 将向CRT 注入谐波。 W3 为谐波抑制绕组,多个 LC 滤波器与其并联, 用来抑制电抗器运行中产生的 3、5、7等各次谐波, 每个 LC 支路对相应次数的谐波产生谐振, 呈现很低的纯电阻性阻抗。 如果将 W3 置于W1 与 W2 之间时,将获得很小,甚至为零的等效电抗,这时谐波电流将不会流入 W1,达到谐波抑制效果。 这种 CRT 的工作绕组与控制绕组间短路阻抗达到 100%, 它的谐波补偿绕组连接 LC 滤波器,连结成三相三角形。 谐波含量低至 2%~3%。 在印度输电系统中投入使用的 CRT 就是这种结构形式。单控制绕组型 CRT 主要有两个优点:一是高速响应, 尤其对比磁控式电抗器; 二是低谐波,在CRT 结构上增加带滤波器的第三绕组,相对于 BBC的 CRT 高压侧安装的滤波装置,不但成本经济而且效果更好。 当然这种 CRT 也存在一些缺点,一是高低压两个绕组导致增大造价,二是降压后的工作电流按变比增大并全部通过晶闸管,必须象直流阀站那样设置相应的散热控制装置,占地和运行维护工作量大。 对于早期 BBC 的 CRT,铁心损耗较大是主要缺陷之一。 研究表明,通过改进 CRT 磁路结构,在线圈顶部设置硅钢磁卷或使磁轭宽度覆盖全 部绕组,将漏磁通收集和导引到磁轭之中,可以显著降低电抗器的损耗。

这种结构的 CRT 不但被用于输电系统中,还可用于配电网中性点接地自动灭弧系统,略有不同的是不带有第三绕组。 由其组成的快速自动消弧系统具有伏安特性线性度优良、响应快、电流由零到额定值都能无级连续调节、补偿效果好、对系统适应性强等优点。

2 多控制绕组电抗器

针 对 BBC 的 CRT 存 在 的 谐 波 较 大 的 主 要 缺点,俄罗斯专家 G. N. Aleksandrov 在深入研究后,提出了多控制绕组 CRT 的基本原理。 CRT 实质上相当于高短路阻抗的多绕组变压器。 W1 为高压工作绕组,W21、W22、……、W2n 为低压控制绕组,各个控制绕组中串接反并联晶闸管, 每个 CW 的额定功率是电抗器总额定功率的一部分, 主要根据电网谐波要求而定。 当第 i 个控制绕组投入工作时,第 1、2、…、i-1 个控制绕组均工作于短路状态, 第 i+1、i+2、…、n 个控制绕组均工作于开路状态,可以认为其中没有谐波电流存在,这样,工作绕组中的电流谐波只由第 i 个控制绕组的晶闸管的导通程度决定,因此,当依次把控制绕组投入工作并正确控制晶闸管的导通和关断时,CRT 的功率就可从空载功率到额定功率连续自动变化,而且满足谐波的要求,必要时控制绕组还要串入限流电抗器。这样,CRT 不仅继承了单控制绕组型 CRT 响应速度快的特点,而且具有通过设计控制绕组个数和容量,达到减小谐波的优点。

3 多并联支路型电抗器

多并联支路型 CRT 中绕组 W1 为电抗器的高压绕组,并接在高压电网上;绕组 W2 为低压控制绕组,外接 n 个通过双向反并联晶闸管控制的并联电抗支路。 多并联支路的作用是将高次谐波电流抑制到预定水平以下而无需滤波装置。 在对谐波有特殊要求时,也可增加第三绕组为谐波补偿绕组,在三相三角形接线中用以抑止 3 及 3 的倍数次谐波。并联 CRT 是多绕组 CRT 的一种变形结构,两者具有极为相似的阻抗矩阵,多绕组 CRT 的设计原则同样适用。在满足谐波水平要求的前提下,多并联支路型 CRT 有多种工作模式可供选择。 分析表明,CRT 主绕组和控制绕组之间的短路阻抗的减小可以简化设计和提高效率。 多并联支路型 CRT具有响应速度快、谐波可控、晶闸管工作电压低、绕组结构简单等特点。

4 控制绕组分级式电抗器

分级式 CRT 通 过抽头 可 将CRT 电抗分成 n 份,每一等份电抗由双向晶闸管和断路器并联组成的复合开关控制投入和切除,对应控制多组输出容量,实现容量调节。 高低压绕组间短路阻抗同样为 100%。 L1、L2、L3 为低压侧电抗,由双向晶闸管和断路器控制其投退, 分别控制 100%级、75%级、50%级的电抗器容量。如果开关控制仅使用断路器,则电抗器不能连续可调,若采用晶闸管控制,则电抗器可连续控制,但存在谐波问题


使用寿命

    电抗器在额定负载下长期正常运行的时间,就是电抗器的使用寿命。电抗器使用寿命由制造它的材料所决定。制造电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类。金属材料耐高温,而绝缘材料长期在较高的温度、电场和磁场作用下,会逐渐失去原有的力学性能和绝缘性能,例如变脆、机械强度减弱、电击穿。这个渐变的过程就是绝缘材料的老化。温度愈高,绝缘材料的力学性能和绝缘性能减弱得越快;绝缘材料含水分愈多,老化也愈快。电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运行产生的负荷和周围环境的作用,这些负荷的总和、强度和作用时间决定绝缘材料的使用寿命。

 

小编简介

    我叫网事,一个电气化专业的小学生,热爱铁道电气化专业,曾在电气化施工单位奋斗几年。如今希望通过微信公众平台,把书本上的知识传递给广大工友,让学习变得简单。

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