電抗器類產(chǎn)品技術(shù)原理

電抗器類產(chǎn)品技術(shù)講座

文程

產(chǎn)品原理用途設(shè)計(jì)要點(diǎn)四型號、規(guī)格、編號辦法一產(chǎn)品原理1.定義

因其電感特性而應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的裝置或器件叫電抗器，也就是常說的電感線圈。其中電感L是結(jié)構(gòu)參數(shù)，與電源無關(guān)；電抗X（X=ωL）與電源有關(guān)。有磁場交變就會產(chǎn)生電場，電場交變也會產(chǎn)生磁場。在電源的作用下：a.電感L有可能變化。如鐵心磁飽和，非線性材料組成磁路。b.電抗與電源頻率有關(guān)：2.原理

又由可得

（可得磁阻為：）

結(jié)論：電感線圈的電感值與線圈匝數(shù)平方、線圈磁路材料導(dǎo)磁率、導(dǎo)磁面積成正比；與磁路長度成反比。電感線圈的電感值等于匝數(shù)平方除以磁路磁阻。

3.工業(yè)產(chǎn)品要解決的問題

簡要的說，在滿足電路對電抗器的電感值、電抗值的前提下，還要能通過其所要求的電流以及其它部位的絕緣安全?？傊痪湓?，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理。這樣的電感就包括線性電感、飽和電感、可調(diào)電感、可控電感；電流：長期電流、短時電流、動熱穩(wěn)定電流、諧波電流分量、直流分量這些因素的不同考慮與電抗器的不同用途有關(guān)

4.分類

并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電抗器、限流電抗器、消弧電抗器、啟動電抗器、接地變壓器、平波電抗器、濾波電抗器、TCR并聯(lián)電抗器、阻波器等二、用途

電抗器產(chǎn)品主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，還有一些容量較大的電力用戶，如石化、鋼鐵、化工、水廠、自備電場等，還有少量的用于電力電子電路中。SVC用的TCR并抗、濾波電抗器、平波電抗器、啟動電抗器都屬于用戶級，而并抗、串抗、消弧線圈、接地變、限抗多用于電力系統(tǒng)中，大的電力用戶也有使用。用途，簡單來說，從物理學(xué)上講，電抗器與電容器作用相反。電容器是無功發(fā)電機(jī)，充電電源，是無功電源；而電抗器是無功用電器，是消耗無功功率的。由此可知電抗器的作用。1.并聯(lián)電抗器

變電站輕載或空載時,由于線路容升效應(yīng)即電容器效應(yīng),無功發(fā)電機(jī)太多.導(dǎo)致線路末端電壓升高太多,必須使其降低(不降下來有危害).這時就增加無功功率消耗,投入并抗減小電壓升高，有必要時并抗放在線路中部。所以,其用途是⑴降低工頻電壓升高⑵改善電壓分布及降低線損⑶減小潛供電流(超高壓電路)⑷有利于消除發(fā)電機(jī)的自勵磁其基本特性要求:在最高運(yùn)行電壓下可靠運(yùn)行，一般1.1～1.15倍

在一定電壓范圍內(nèi)（140%）電感保持線性

2.串聯(lián)電抗器

因與并聯(lián)電容器串聯(lián)組成并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償裝置而得名⑴限制合閘涌流和涌流頻率.我們知道電容器電壓不能突變.

意味著合閘瞬間電容電流可能很大(可能時間長了開關(guān)壞了).抑制系統(tǒng)電壓畸變。⑵限制諧波放大作用.由于電容器的電流超前于電壓,就相當(dāng)于發(fā)電機(jī).

但加上上串聯(lián)聯(lián)電抗抗器后后，LC回路的的特征征阻抗抗對高高于其其諧調(diào)調(diào)頻率率的諧諧波呈呈現(xiàn)出出感性性，變變成和和負(fù)載載一樣樣，是是的的消消耗器器件，，都減減少了了，，（（③④也也就是是降低低了母母線諧諧波電電壓值值，抑制了了諧波波。⑤⑤⑥⑥。。）(忽略略r不不計(jì))3.濾濾波電電抗器器和串聯(lián)聯(lián)電抗抗器一一樣，，與電電容器器組串串聯(lián)組組成LC回回路實(shí)實(shí)現(xiàn)濾濾波。。簡單地地說：：調(diào)諧諧頻率率為，，低低于的的諧諧波包包括工工頻是是無功功電源源，高高于的的諧諧波是是無功功用戶戶，對對等于于的的諧波波短路路，即即母線線上電電壓壓為零零，其其他負(fù)負(fù)荷上上的電電壓壓也為為零，，則諧諧波電電流也也為零零。從從而達(dá)達(dá)到濾濾波的的效果果。4.限限流電電抗器器很簡單單，就就是利利用電電抗器器的電電抗值值，限限制線線路的的短路路電流流值在在一定定的可可承受受范圍圍內(nèi)，，利于于故障障線路路的切切除和和處理理，減減少對對前級級設(shè)備備和系系統(tǒng)的的沖擊擊。例如：：XKSCKL-10.5-3000-10,在10.5kV無無窮大大系統(tǒng)統(tǒng)中，，其可可以限限制系系統(tǒng)短短路電電流在在30kA以內(nèi)內(nèi)。5.消消弧線線圈單相對對地后后大于一一定的的值時時電弧弧持續(xù)續(xù)或間間歇性性電弧弧，將將燒毀毀設(shè)備備，并并容易易擴(kuò)大大為兩兩相、、三相相短路路事故故，也也會導(dǎo)導(dǎo)致過過電壓壓危及及系統(tǒng)統(tǒng)絕緣緣。消消弧線線圈的的作用用就是是減小小。。自動調(diào)調(diào)諧消消弧線線圈接接地成成套裝裝置，，則是是加入入自動動化功功能，，更準(zhǔn)準(zhǔn)確，，更迅迅捷。。但是是有許許多的的難題題，主主要是是信號號測量量、檢檢入、、判斷斷的精精確度度等方方面。。6.接接地變變壓器器無中性性點(diǎn)的的系統(tǒng)統(tǒng)，消消弧線線圈如如何接接入呢呢？接接地變變就是是提供供一個個人為為的中中性點(diǎn)點(diǎn)。但但是與與Y型型接法法又不不同，，Y型型接法法有零零序磁磁通、、附加加損耗耗、發(fā)發(fā)熱現(xiàn)現(xiàn)象、、阻抗抗大等等問題題，也也影響響二次次負(fù)荷荷正常常供電電，Zn接接地變變就沒沒有上上述問問題，，同時時可作作為站站用變變。7.啟啟動電電抗器器就是電電動機(jī)機(jī)起動動時，，電流流很大大，母母線電電壓下下降較較多，，對其其他負(fù)負(fù)荷正正常運(yùn)運(yùn)行有有不利利影響響，必必須減減少起起動電電流。。有串串入電電抗器器降壓壓，有有通過過自耦耦變壓壓器降降壓起起動，，有串串入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電電阻減減小起起動電電流等等方法法。啟啟動完完畢要要退出出，這這個過過程只只有幾幾秒到到幾十十秒的的時間間。例如一一些自自來水水廠、、礦山山、鋼鋼鐵廠廠、發(fā)發(fā)電廠廠等用用到大大型電電動機(jī)機(jī)的場場所。。8.平平波電電抗器器多用于于直流流整流流電路路中，，電壓壓低、、電流流大，，整流流后直直流電電壓有有較多多的交交流分分量，，對直直流負(fù)負(fù)荷有有危害害。例例如電電鍍不不均勻勻。希希望負(fù)負(fù)荷上上的直直流電電壓分分量所所占比比例盡盡量高高，各各次交交流分分量所所占比比例盡盡量低低。平波電電抗器器對直直流分分量相相當(dāng)于于短路路，對對交流流分量量相當(dāng)當(dāng)于大大電抗抗，這這就達(dá)達(dá)到了了上述述目的的。直直流電電壓分分量絕絕大部部分由由平波波電抗抗器分分壓。。陽極極電抗抗器作作用類類似。。9.TCR并抗變化極極大的的負(fù)載載，如如鋼爐爐，無無功負(fù)負(fù)荷也也由0~100%變變化。。如果果不及及時補(bǔ)補(bǔ)償?shù)牡脑?，，系統(tǒng)統(tǒng)電壓壓變化化非常常大。。希望望隨時時調(diào)節(jié)節(jié)電容容器輸輸出。。SVC應(yīng)應(yīng)運(yùn)而而生。。LC回路路，圖圖是工工頻無無功補(bǔ)補(bǔ)償兼兼濾波波。TCR在可可控硅硅的控控制下下，實(shí)實(shí)現(xiàn)無無功功功率的的可調(diào)調(diào)，達(dá)達(dá)到目目的。。10.阻波波器阻波器器用在在超高高壓110kV及以以上線線路的的高頻頻保護(hù)護(hù)和載載波通通訊裝裝置中中。阻阻止高高頻信信號進(jìn)進(jìn)入電電力系系統(tǒng)。。限制制其在在一定定范圍圍內(nèi)，，不影影響電電力系系統(tǒng)。。三、設(shè)設(shè)計(jì)要要點(diǎn)電抗器器產(chǎn)品品設(shè)計(jì)計(jì)主要要分鐵鐵心產(chǎn)產(chǎn)品、、空心心產(chǎn)品品。其其中鐵鐵心產(chǎn)產(chǎn)品又又分變變壓器器類和和電感感線圈圈類。。1.產(chǎn)產(chǎn)品基基本結(jié)結(jié)構(gòu)⑴空空心電電抗器器由于無無鐵心心來限限制磁磁路的的路徑徑磁力力線在在空間間發(fā)散散，也也就是是電感感線圈圈完全全置于于磁場場中。。磁感感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)達(dá)到了了幾百百高斯斯級，，因此此電感感線圈圈有較較多的的渦流流損耗耗。為為了限限制渦渦流損損耗并并使局局部溫溫升得得到控控制，，空心心電抗抗器采采用的的是小小截面面圓鋁鋁線多多并聯(lián)聯(lián)支路路結(jié)構(gòu)構(gòu)。⑵鐵心心電抗抗器a.變變壓器器式有接地地變、、高漏漏抗消消弧線線圈、、調(diào)容容式消消弧線線圈。。接地變變與高高漏抗抗消弧弧線圈圈就是是變壓壓器，，只不不過接接地變變的一一次惻惻在系系統(tǒng)單單相對對地故故障發(fā)發(fā)生時時，有有短時時的零零序電電流流流過時時不影影響二二次負(fù)負(fù)載的的正常常用電電，干干變則則除了了空載載外，，一二二次容容量始始終相相等；；高漏漏抗消消弧線線圈的的突出出特點(diǎn)點(diǎn)則是是100%短路路阻抗抗的單單相三三線圈圈變壓壓器，，低壓壓短路路情況況下，，高壓壓側(cè)流流過額額定電電流時時能可可靠運(yùn)運(yùn)行2小時時，第第三個個線圈圈連接接濾波波裝置置以漏漏除裝裝置產(chǎn)產(chǎn)生的的諧波波；調(diào)調(diào)容式式消弧弧線圈圈則是是在二二次側(cè)側(cè)投入入不同同的電電容器器來等等效改改變阻阻抗。。變壓器器等效效電路路：b.鐵鐵心帶帶氣隙隙大多數(shù)數(shù)鐵心心電抗抗器都都是這這種結(jié)結(jié)構(gòu)，，包括括并抗抗、串串抗、、起抗抗、消消弧線線圈、、平波波電抗抗器等等。()由于相相等，，所以以兩段段磁力力線的的電壓壓U相相等，，電流流、、相相差差很大大，所所以可可以理理解為為磁路路串聯(lián)聯(lián)相當(dāng)當(dāng)于電電氣并并聯(lián)，，同樣樣磁路路并聯(lián)聯(lián)相當(dāng)當(dāng)于電電氣串串聯(lián)。。由此可可以看看出基基本的的設(shè)計(jì)計(jì)要計(jì)計(jì)算一一些什什么內(nèi)內(nèi)容了了。2.設(shè)設(shè)計(jì)要要點(diǎn)最重要要是電電抗器器產(chǎn)品品的電電壓等等級、、長期期允許許通過過的電電流或或等效效電流流、目目標(biāo)電電抗值值三個個方面面。其其次是是回頭頭校核核設(shè)計(jì)計(jì)方案案的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性、可可靠性性、科科學(xué)性性，再再調(diào)整整再校校核。。⑴接地地變壓壓器首先是是確定定鐵心心直徑徑：初初始值值確定匝匝數(shù)：：其其中:為為初初始磁磁密（（T））S為鐵鐵心截截面積積（）選擇導(dǎo)導(dǎo)線規(guī)規(guī)格根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)目目標(biāo)確確定線線圈的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式布置計(jì)計(jì)算線線圈的的幾何何尺寸寸計(jì)算變變壓器器各性性能參參數(shù)評估調(diào)整（（再循循環(huán)））評估的的基本本標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)是：：①各各種絕絕緣距距離（（可靠靠性））；②②各性性能參參數(shù)（（可靠靠性））；③③外形形比例例是否否協(xié)調(diào)調(diào)，是是否滿滿足客客戶的的安裝裝環(huán)境境要求求等（（科學(xué)學(xué)性））；④④是否否還有有更經(jīng)經(jīng)濟(jì)且且符合合要求求的方方案（（經(jīng)濟(jì)濟(jì)性））；⑤⑤是否否滿足足工藝藝可行行性簡簡潔性性的要要求。?？煽啃孕宰钪刂匾牡挠校海簻厣?、磁磁密、、、、、、、、等等等，，、、是是否能能同時時滿足足，若若同時時滿足足是否否成本本增加加太多多。計(jì)算特特點(diǎn)由由結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)所致致：（同理理得、、））（同理理得、、））可得溫度上上升曲曲線：：其中發(fā)發(fā)熱時時間常常數(shù)還有一一點(diǎn)，，考慮慮到絕絕緣材材料壽壽命周周期是是累積積效應(yīng)應(yīng)的結(jié)結(jié)果，，F(xiàn)級級平均均溫升升100K，可可長期期運(yùn)行行達(dá)30年年。因因此無無相關(guān)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)定定，我我們確確度接接地變變壓器器短時時運(yùn)行行溫升升可達(dá)達(dá)115K而不不影響響產(chǎn)品品壽命命。還還要注注意其其它類類型接接地變變壓器器的設(shè)設(shè)計(jì)特特點(diǎn)，，如接接、接接、、接接三線線圈式式、單單相接接地變變壓器器等。。中性性點(diǎn)10S電流流計(jì)算算按GB1094.5。。⑵串聯(lián)聯(lián)電抗抗器①確定定電抗抗器的的額定定值；；②確定鐵鐵心直直徑；；③確定線線規(guī)，，設(shè)計(jì)計(jì)線圈圈；④④計(jì)算算電抗抗、設(shè)設(shè)計(jì)氣氣隙和和鐵餅餅分布布；⑤⑤評估估（溫溫升為為1.35倍電電流下下）；；⑥調(diào)調(diào)整特點(diǎn)點(diǎn)：：①①線線圈圈類類似似變變壓壓器器低低壓壓線線圈圈，，但但運(yùn)運(yùn)行行工工況況不不同同，，有有沖沖擊擊；；②②鐵鐵心心漏漏磁磁大大于于變變壓壓器器，，因因此此要要盡盡量量減減少少線線圈圈等等的的渦渦流流損損耗耗等等。。變變壓壓器器中中能能用用的的大大截截面面線線規(guī)規(guī)盡盡量量不不在在鐵鐵心心電電抗抗器器中中使使用用。。③③由由于于氣氣隙隙的的存存在在，，磁磁場場畸畸變變嚴(yán)嚴(yán)重重，，大大型型鐵鐵心心按按輻輻射射扇扇形形餅餅形形式式制制作作。。④④雷雷電電沖沖擊擊的的考考慮慮、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。⑶消消弧弧線線圈圈消弧線線圈圈有有調(diào)調(diào)匝匝式式、、調(diào)調(diào)容容式式及及單單相相高高漏漏抗抗變變壓壓器器式式。。調(diào)匝式式就就是是通通過過改改變變線線圈圈的的匝匝數(shù)數(shù)來來改改變變電電抗抗；；調(diào)調(diào)容容式式就就是是在在二二次次線線圈圈上上投投入入不不同同容容量量的的電電容容器器來來改改變變電電抗抗器器的的等等效效阻阻抗抗；；單單相相高高漏漏抗抗變變壓壓器器式式消消弧弧線線圈圈則則是是單單相相變變壓壓器器，，它它通通過過調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)連連接接在在低低壓壓側(cè)側(cè)首首末末兩兩端端的的可可控控硅硅的的導(dǎo)導(dǎo)通通角角來來調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電抗抗器器的的等等效效阻阻抗抗由由額額定定阻阻抗抗到到空空載載激激磁磁阻阻抗抗之之間間變變化化。。其各各自自的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)特特點(diǎn)點(diǎn)有有：：調(diào)調(diào)匝匝式式的的橋橋接接（（分分接接頭頭））達(dá)達(dá)到到調(diào)調(diào)感感的的目目的的。。由由于于各各檔檔的的電電流流大大小小不不同同，，所所用用的的線線規(guī)規(guī)也也會會改改變變。。各各檔檔的的電電抗抗高高度度不不同同；；調(diào)調(diào)容容式式消消弧弧線線圈圈注注意意內(nèi)內(nèi)外外線線圈圈最最大大電電流流不不同同時時工工況況的的溫溫升升校校核核；；高高漏漏抗抗消消弧弧線線圈圈則則是是渦渦流流損損耗耗較較大大，，但但有有很很多多不不在在線線圈圈中中。。⑷起起動動電電抗抗器器起動動電電抗抗器器的的選選型型實(shí)實(shí)際際上上歸歸結(jié)結(jié)為為我我們們怎怎樣樣建建立立計(jì)計(jì)算算所所需需的的等等效效電電路路，，以以及及選選用用起起動動電電抗抗器器所所要要達(dá)達(dá)到到的的目目的的是是什什么么。。是是保保持持母母線線電電壓壓還還是是降降低低起起動動電電流流到到某某一一確確定定值值，，還還是是兩兩者者都都有有要要求求。。起動動電電抗抗器器只只有有電電動動機(jī)機(jī)起起動動過過程程中中通通電電運(yùn)運(yùn)行行，，正正常常運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后后自自動動退退出出運(yùn)運(yùn)行行。。因因此此起起動動電電抗抗器器為為短短時時運(yùn)運(yùn)行行方方式式，，校校驗(yàn)驗(yàn)短短時時繞繞組組溫溫升升（（基基本本上上是是絕絕熱熱溫溫升升計(jì)計(jì)算算））120S不不超超過過150K。。因因此此，，起起動動電電抗抗器器線線圈圈電電密密、、磁磁密密均均較較高高。。起動電抗抗器連續(xù)續(xù)兩次起起動，每每次不超超過60S，后后第三次次起動必必須120min之后后才行。。⑸并聯(lián)電電抗器并聯(lián)電抗抗器線圈圈與干變變比較，，注意其其線規(guī)不不能太大大，其溫溫升應(yīng)在在最大連連續(xù)運(yùn)行行電壓下下考核，，即長期期過載能能力有要要求，通通常1.1~1.2倍倍。與串串抗比較較，其線線圈端電電壓高十十幾倍，，相同容容量的電電流小許許多。鐵鐵心部分分與串抗抗等同樣樣設(shè)計(jì)。。但是并并抗通常常容量大大、個體體大、重重量大。。⑹平波電電抗器平波電抗抗器我們們很少，，幾乎沒沒有生產(chǎn)產(chǎn)，但其其設(shè)計(jì)要要注意。。要使其其正常發(fā)發(fā)揮作用用，必須須使其在在紋波電電流和直直流分量量同時作作用下鐵鐵心磁路路不會飽飽和。線線圈電流流以直流流分量為為準(zhǔn)。⑺空心電電抗器設(shè)設(shè)計(jì)①基礎(chǔ)知知識A.空心心電抗器器的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)構(gòu)相對于傳傳統(tǒng)的油油浸式鐵鐵心電力力電抗器器及水泥泥電抗器器來講，，空心電電抗器具具有重量量輕、電電感線性性度好、、機(jī)械強(qiáng)強(qiáng)度高、、噪音低低、抗短短路沖擊擊能力強(qiáng)強(qiáng)；更為為突出的的是干式式空心電電抗器可可以常年年置于戶戶外環(huán)境境下而無無需檢修修；此外外由于采采用了阻阻燃材料料，干式式空心電電抗器對對防火無無嚴(yán)格的的要求，，可以減減少電站站及其安安裝場地地的基建建投資；；同時干干式空心心電抗器器比水泥泥電抗器器損耗更更小、體體積更小小?？招碾娍箍蛊鞯幕窘Y(jié)構(gòu)構(gòu)形式如如圖所示示。它實(shí)實(shí)際是由由多層同同軸線圈圈并聯(lián)而而成。為為了散熱熱的原因因，這些些線圈又又被分成成了數(shù)組組，每組組構(gòu)成一一個包封封。星形形架的設(shè)設(shè)置最大大限度的的完成了了分?jǐn)?shù)匝匝的繞制制。完成成了線圈圈的支撐撐與放置置。由于層與與層及匝匝與匝之之間有強(qiáng)強(qiáng)烈的互互感存在在，這種種電抗器器的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算非非常復(fù)雜雜，幾乎乎無法由由人工來來完成，，必須由由計(jì)算機(jī)機(jī)完成。。所以計(jì)計(jì)