干式空心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

俞峰　張康　蔣文忠

摘要：電抗器是變電站中常用的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。電抗器常用的接線方式包括串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗器，其中并聯(lián)電抗器常作為無功補(bǔ)償裝置，本文主要分析串聯(lián)電抗器的原理及作用，并重點(diǎn)分析干式空心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器;電力系統(tǒng);電壓

引言

眾所周知電阻、電容和電感是電氣回路的重要組成部分，其中電感具有抑制電流變化的作用，并能影響交流電的相位，我們把具有電感作用的繞線式的靜止感應(yīng)裝置叫做電抗器。電抗器也叫做電感器，一個(gè)導(dǎo)體通電時(shí)就會(huì)在其所占據(jù)的一定空間范圍內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以所有具備載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。然而，通電長導(dǎo)體的電感較小，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不強(qiáng)，因此實(shí)際的電抗器是導(dǎo)線繞成的螺線管形式，稱為空心電抗器^[1]。本文主要對(duì)干式空心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 干式空心串聯(lián)電抗器概述

干式空心串聯(lián)電抗器系列產(chǎn)品廣泛用于電力、化工、冶金、電氣化鐵道、高電壓大容量試驗(yàn)室以及其它特殊場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)中，串聯(lián)電抗器是與并聯(lián)電容器相串聯(lián)的、以達(dá)到抑制電網(wǎng)電壓波形畸變和控制流過電容器的諧波分量^[2]，及限制電容器組合閘涌流為目的的電抗器，其中干式空心串聯(lián)電抗器示意圖如圖1所示。

在圖1中的干式空心串聯(lián)電抗器，它一般采用鋁導(dǎo)線作為線圈導(dǎo)線，同時(shí)選取玻璃鋼纖維和環(huán)氧樹脂固化，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，其因結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕目前也被廣泛應(yīng)用在電力行業(yè)。干式空心串聯(lián)電抗器的型號(hào)一般由如下字母構(gòu)成：CKWK-1-2-3-4，其中C代表串聯(lián);K代表電抗器;W代表戶外;K代表空芯;1代表安裝方式;2代表額定容量（kvar）;3代表電容器組的額定電壓（kV）;4代表額定電抗比（%）。

2 干式空心串聯(lián)電抗器的作用

干式空心串聯(lián)電抗器的使用地點(diǎn)一般在戶外，當(dāng)在戶內(nèi)使用時(shí)，必須有良好的通風(fēng)條件，安裝場(chǎng)地應(yīng)無有害氣體、蒸汽及導(dǎo)電性或爆炸性物資。電抗器按照具體用途可分為限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、串聯(lián)電抗器等^[3]。電抗器作為無功補(bǔ)償?shù)幕臼侄危陔娏ο到y(tǒng)中是不可缺少的裝置。當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)了無功倒送的情況時(shí)，則需要投入電抗器以吸收無功。

電抗器主要的接線方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種，其中并聯(lián)電抗器經(jīng)常用作無功補(bǔ)償裝置，本文主要探討串聯(lián)電抗器的作用。串聯(lián)電抗器主要用來限制短路電流，也有在濾波器中與電容器串聯(lián)或并聯(lián)用來限制電網(wǎng)中的高次諧波。可以通過調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行電壓，在超高壓并聯(lián)電抗器中有改善電力系統(tǒng)無功功率有關(guān)運(yùn)行狀況的多種功能，主要包括以下幾點(diǎn)，一是在利用輕空載或輕負(fù)荷線路上的電容效應(yīng)，以降低工頻暫態(tài)過電壓。二是改善長輸電線路上的電壓分布，三是使輕負(fù)荷時(shí)線路中的無功功率盡可能地就地平衡，防止出現(xiàn)無功功率的不合理流動(dòng)，同時(shí)也減輕了線路上的功率損失^[4]。四是在大機(jī)組與系統(tǒng)并列時(shí)降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓，便于發(fā)電機(jī)同期并列。五是防止發(fā)電機(jī)帶長線路可能出現(xiàn)的自勵(lì)磁諧振現(xiàn)象，六是當(dāng)采用電抗器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地裝置時(shí)，還可用小電抗器補(bǔ)償線路相間及相地電容，以加速潛供電流自動(dòng)熄滅，便于采用。

3 干式空心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

干式空心電抗器具有以下特點(diǎn)，一是線圈由數(shù)個(gè)呈圓筒狀的包封并聯(lián)組成，由環(huán)氧樹脂膠液浸漬過的長玻璃絲束對(duì)線圈進(jìn)行包封，經(jīng)高溫固化后成為玻璃鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固密實(shí)，整體性能好，運(yùn)行時(shí)噪音水平低。二是導(dǎo)線采用橫截面較小的圓形鋁（或銅）導(dǎo)線，有效地降低了導(dǎo)線中的渦流損耗;并采用絕緣性能優(yōu)良的薄膜作為導(dǎo)線的匝絕緣。三是電抗器表面覆蓋有抗紫外線輻射的硅有機(jī)漆，具有良好的耐候性。四是電抗器線圈間采用聚酯玻璃纖維引拔棒作為軸向散熱氣道，具有良好的散熱條件。五是電抗器在進(jìn)行溫升計(jì)算時(shí)，充分考慮了線圈的熱點(diǎn)溫升和平均溫升，并留有足夠的裕度，從而保證電抗器能夠長期安全運(yùn)行。六是由于空心電抗器采用多層并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)態(tài)工作電壓下，沿線圈高度方向的電壓分布均勻七是電抗器進(jìn)出線電氣連接均采用氬弧焊焊接，線圈結(jié)構(gòu)上無緊固零件，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。八是電抗器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能夠長期運(yùn)行在戶外氣候條件下，設(shè)備維護(hù)簡單方便。

在電力系統(tǒng)的短時(shí)段內(nèi)負(fù)荷頻繁變化的場(chǎng)合，也需要采用到干式空心串聯(lián)電抗器。該場(chǎng)合宜裝可快速跟蹤的瞬態(tài)無功補(bǔ)償裝置。由于電容器每次投切前卻必須保證電容器沒有殘存的電荷，而電容器放電即使通過放電線圈亦需要數(shù)秒的時(shí)間，所以高壓瞬態(tài)無功補(bǔ)償裝置（也稱SVC）一般都是固定補(bǔ)償最大容量的電容器，同時(shí)并聯(lián)一組容量可調(diào)的電抗器，通過快速調(diào)整電抗器的輸出無功，從而達(dá)到無功瞬態(tài)平衡的目的。電抗器的調(diào)整技術(shù)主要有可控硅控制空心并聯(lián)電抗器及直流偏磁調(diào)感兩種方式，其中以前者較優(yōu)，但價(jià)格較高。

此外，隨著電網(wǎng)中整流負(fù)載的不斷增加，這些負(fù)載所導(dǎo)致的高次諧波電流（最主要的是3次、5次、7次諧波），影響電能質(zhì)量，使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變，與此同時(shí)投入并聯(lián)電容器時(shí)對(duì)電壓波形影響更大，如果在電容器支路中串入為電容容抗的5—7%的感抗后，就能能有效抑制電網(wǎng)波動(dòng)，提高電能質(zhì)量。

4 結(jié)論

干式空心串聯(lián)電抗器是串聯(lián)電抗器的一種，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也較為廣泛，本文主要分析了干式空心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，此外干式空心并聯(lián)電抗器可接到電力系統(tǒng)中的相與地之間、相與中性點(diǎn)之間或相間的用以補(bǔ)償電容電流，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：紹興市上虞電力電容器有限公司）