電抗器的作用-絕緣等級(jí)及壽命

1、日期：2008-11-07電抗器的作用來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)作者:字體：大中小1#干式空心電抗器的作用和使用壽命近年來(lái)，我國(guó)500kV輸電線路迅速發(fā)展，電網(wǎng)容量越來(lái)越大，由于電壓等級(jí)高，電網(wǎng)裝機(jī)容 量大，造成了系統(tǒng)短路電流增大，事故電壓波動(dòng)大，功率因數(shù)偏低，開(kāi)關(guān)容量不夠和諧波電流 的增加，解決這些問(wèn)題的方法是在系統(tǒng)上安裝電抗器。大容量干式空心電抗器是近幾年研制開(kāi) 發(fā)的新型電抗器，它具有線性特性好，參數(shù)穩(wěn)定，防火性能好的特點(diǎn)，本文僅就干式空心電抗 器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電抗器）的作用和使用壽命作一分析。來(lái)源:www.tede1電抗器的作用 1.1電抗器的限流和濾波作用電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，使得系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大。

2、如在500kV變電所的低壓35kV側(cè),最大的三相對(duì)稱(chēng)短路電流有效值已經(jīng)接近50kA。為了限制輸電線路的短路電流，保護(hù)電力設(shè)備，必須安裝電抗器，電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。在電容器回路安裝阻尼電抗器（即串聯(lián)電抗器），電容器回路投入時(shí)起抑制涌流的作用。同時(shí)與電容器組一起組成諧波回路，起各次諧波的濾波作用。如在500kV變電所35kV無(wú)功補(bǔ)償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器時(shí)的涌流和抑制電力系統(tǒng)的高次諧波，在35kV電容器回路中必須安裝阻尼電抗器，抑制3次諧波時(shí)，采用額定電壓35kV，額定電感量26.2mH，額定電流350A干式空心單相戶(hù)外型阻尼電抗器，它與2.52M

3、var電容器對(duì)3次諧波形成諧振回路，即3次諧波濾波回路。同樣，為了抑制5次及以上高次諧波，采用了額定電壓35kV，額定電感量9.2mH，額定電流382A單相戶(hù)外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對(duì)5次及以上高次諧波形成諧振回路。起到了抑制高次諧波的作用，需要說(shuō)明的是，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電抗 器GB10229 88和IEC289 88國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中均對(duì)阻尼電抗器的使用和技術(shù)條件作了規(guī)定。 但目前國(guó)內(nèi)有些部門(mén)將阻尼電抗器稱(chēng)為串聯(lián)電抗器，嚴(yán)格來(lái)講是不合適的，因?yàn)樯鲜鰳?biāo)準(zhǔn)中均 沒(méi)有串聯(lián)電抗器這個(gè)名稱(chēng)。1.2電抗器在無(wú)功補(bǔ)償裝置中的作用隨著我國(guó)500kV電力系統(tǒng)的發(fā)展，以及電氣化鐵路和大型鋼鐵基地的建設(shè)，在大

4、型樞紐變電 所中需要安裝靜止補(bǔ)償裝置的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。靜止補(bǔ)償裝置對(duì)負(fù)載突變的反映速度快（一般響應(yīng)時(shí)間為0.020.04s），具有平滑的無(wú)功功率和電壓調(diào)節(jié)特性。因此它能夠穩(wěn)定電力系統(tǒng)電 壓，有效地補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無(wú)功功率系數(shù)，抑制電壓的波動(dòng)，維持電力系統(tǒng)處于三相平衡狀 態(tài)，抑制電力系統(tǒng)的次同步振蕩。此外安裝在電力系統(tǒng)樞紐點(diǎn)的靜止補(bǔ)償裝置還能起降低電力 系統(tǒng)暫態(tài)超壓的作用。因此各大電網(wǎng)均要求大中型變電站必須安裝電抗器來(lái)補(bǔ)償電容性的無(wú)功 功率，做到就地補(bǔ)償，就地平衡，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電抗器是無(wú)功補(bǔ)償裝置的重要組成部分之一，并聯(lián)電抗器 用來(lái)提供感抗值消耗電力系統(tǒng)過(guò)剩的電容性無(wú)功功率，這在電力

5、系統(tǒng)初期輸送功率較小的時(shí)候以及電力系統(tǒng)后期在每日深夜輕負(fù) 荷的時(shí)候都是十分必要的。因?yàn)樵谏鲜鰞煞N情況下，輸電線路的無(wú)功功率損耗小，由于電容效 應(yīng)，輸電線路產(chǎn)生的無(wú)功功率大于輸電線路消耗的無(wú)功功率，在整個(gè)電力系統(tǒng)中存在剩余的無(wú) 功功率 （電容性 ），必須安裝并聯(lián)電抗器來(lái)消耗這部分剩余的無(wú)功功率，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)無(wú)功平衡 的需要，維持電力系統(tǒng)的電壓水平。否則電力系統(tǒng)的電壓過(guò)高，無(wú)法安全運(yùn)行。近年來(lái)用減少靜止補(bǔ)償裝置中晶閘管的數(shù)量，來(lái)節(jié)省整個(gè)裝置的投資，有盡可能增大電容器組（簡(jiǎn)稱(chēng)TSC）容量和并聯(lián)電抗器組（簡(jiǎn)稱(chēng)TCR）容量的趨勢(shì)。在有的靜止補(bǔ)償裝置中甚至取消了 TSC回路，完全由固定電容器組 （簡(jiǎn)稱(chēng)FC

6、）代替。這樣為了保持靜止補(bǔ)償裝置具有連續(xù)平滑的無(wú) 功功率和電壓調(diào)節(jié)特性，就需要加大并聯(lián)電抗器的總?cè)萘俊Ｒ虼?，電抗器的用量將越?lái)越大。串聯(lián)在電容器回路中的阻尼電抗器除起到前面所敘述的限制涌流和高次諧波的作用外，也起 到了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩? 電抗器使用壽命的分析 電抗器在額定負(fù)載下長(zhǎng)期正常運(yùn)行的時(shí)間，就是電抗器的使用壽命。電抗器使用壽命由制造 它的材料所決定。制造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類(lèi)。金屬材料耐高溫，而絕緣 材料長(zhǎng)期在較高的溫度、電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，會(huì)逐漸失去原有的力學(xué)性能和絕緣性能，例如變 脆、機(jī)械強(qiáng)度減弱、電擊穿。這個(gè)漸變的過(guò)程就是絕緣材料的老化。溫度愈高，絕緣材料的力 學(xué)性能

7、和絕緣性能減弱得越快；絕緣材料含水分愈多，老化也愈快。電抗器中的絕緣材料要承 受電抗器運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)荷和周?chē)h(huán)境的作用，這些負(fù)荷的總和、強(qiáng)度和作用時(shí)間決定絕緣材料 的使用壽命。這些負(fù)荷包括熱性質(zhì)的、機(jī)械性質(zhì)的和電氣性質(zhì)的，周?chē)h(huán)境的作用指潮濕、化學(xué)污染、灰 塵和各種射線。由于熱作用一方面可以引起化學(xué)變化，如導(dǎo)致絕緣材料原子結(jié)構(gòu)中的鏈斷裂，分子結(jié)構(gòu)改變， 分離反應(yīng)和交鏈反應(yīng)；另一方面由于金屬導(dǎo)線和相鄰的絕緣材料間的熱膨脹差別很大，而產(chǎn)生 機(jī)械破壞。因電抗器運(yùn)行產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)而引起的機(jī)械負(fù)荷有壓力、拉力、伸展、振動(dòng)。強(qiáng)度太高時(shí)， 絕緣材料會(huì)產(chǎn)生撕裂拉斷，損耗大會(huì)引起發(fā)熱而產(chǎn)生破壞。周?chē)h(huán)境中對(duì)電抗器

8、起破壞作用的 最普遍的是溫度高、溫度波動(dòng)大和相對(duì)濕度大；其次有強(qiáng)光照射、灰塵、細(xì)沙、煙霧等；另外 還有生物 （如霉菌和細(xì)菌 ）的影響，以及一些動(dòng)物 （如白蟻 ）的侵害。在此要提一下各種輻射對(duì)絕 緣材料均有一定的破壞作用，對(duì)于聚合的絕緣材料輻射分子量增加，或者由于鏈分裂，網(wǎng)狀組 織導(dǎo)致破壞。電抗器運(yùn)行時(shí)，它的使用壽命要受到以上各種負(fù)荷和環(huán)境的影響，其中負(fù)荷和環(huán)境的影響最 大，因此，在保持足夠的機(jī)械和電氣特性下，溫度穩(wěn)定性和熱狀態(tài)均被看作是電抗器設(shè)計(jì)制造 質(zhì)量的重要指標(biāo)，溫度穩(wěn)定性和熱狀態(tài)的突出影響是科研人員研究熱負(fù)荷和壽命之間關(guān)系的原因。為此，國(guó)際電工委員會(huì) （IEC）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制定了電抗器的

9、IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。表 1為干式空心電抗器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限值。從表 1 可以看出，各種絕緣材料的耐熱溫度與相應(yīng) 溫升的差值，隨著絕緣等級(jí)的提高而增大。這是因?yàn)椴捎貌煌蜔岬燃?jí)的絕緣材料制造的電抗 器，運(yùn)行時(shí)的溫升限值是不同的。當(dāng)溫升較高時(shí)，電抗器運(yùn)行時(shí)的熱流強(qiáng)度就要增大。一般來(lái) 說(shuō)，部件中溫度的分布隨熱流強(qiáng)度的增加而趨于不均勻，其平均溫度與最熱點(diǎn)溫度的差值也增 大。表 1 干式空心電抗器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限值絕緣等級(jí)絕緣的溫度等級(jí)/C（電阻法測(cè)得的平均值）溫升限值/KA10560E12075B13085F155100H180125C220150電抗器運(yùn)行時(shí)，它的繞組既是導(dǎo)熱介質(zhì)，又是熱源

10、，它的溫度一般來(lái)說(shuō)在空間上總是按一定規(guī) 律呈曲線分布。這樣就有了最熱點(diǎn)溫升和平均溫升之分，電抗器的發(fā)熱限度以最熱點(diǎn)溫升為 準(zhǔn)，平均溫升是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理和經(jīng)濟(jì)性能好壞的重要指標(biāo)。平均溫升與最熱點(diǎn)溫升之間有 一定的規(guī)律性聯(lián)系?？梢杂闷骄鶞厣齺?lái)衡量電抗器的發(fā)熱情況，電抗器繞組絕緣的熱壽命和絕 緣是否受損應(yīng)由繞組最熱點(diǎn)溫升來(lái)決定，而不是平均溫度來(lái)決定。干式空心電抗器的使用壽命 根據(jù)蒙特申格爾（Montsinger）的壽命定律來(lái)計(jì)算T = Ae- a0 (1)式中T絕緣材料的使用壽命A常數(shù)（根據(jù)電抗器所用絕緣材料的等級(jí)確定）a數(shù)，約為0.880絕緣材料的溫度對(duì)于蒙特申格爾壽命定律的半對(duì)數(shù)0= f（ln

11、T），得到含有方向常數(shù)-1/ a的直線，該直線如圖所示，這就是繞組的壽命（繞組耐熱等級(jí)為 A、B和H）與繞組工作溫度的函數(shù)關(guān)系。35()0000ItJOQOOr【11075431000050002000J 000A B50100150200250300彩閣蜃twwwjycw com圖A、B和H耐熱等級(jí)絕緣繞組的壽命與繞組運(yùn)行溫度的函數(shù)關(guān)系從式(1)和圖中可以看出，每種絕緣材料都有一個(gè)固定的溫度變化值。在某一統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，若電抗器的最熱點(diǎn)溫度比所用絕緣材料的最高允許溫度低，則絕緣老化緩慢，壽命延長(zhǎng)。反之，則 絕緣老化加快，壽命縮短。對(duì)于電抗器的全部壽命而言，這一壽命的延長(zhǎng)或縮短便構(gòu)成了壽命 的補(bǔ)償。每種絕緣材料的壽命減小到一半或壽命增加一倍的溫度變化值是固定不變的。該溫度 變化值對(duì)于 A級(jí)為8 C,對(duì)于B級(jí)為810 C,對(duì)于H級(jí)為12 C。由于 A級(jí)的8 C,因 而蒙特申格爾壽命定律還稱(chēng)為8C規(guī)則，H級(jí)一般稱(chēng)為12 C規(guī)則。我們知道，每種絕緣材料均有其耐熱的絕對(duì)最高溫