电抗器类产品技术原理

电抗器类产品技术讲座

文程

产品原理用途设计要点四型号、规格、编号办法一产品原理1.定义

因其电感特性而应用于电力系统中的装置或器件叫电抗器，也就是常说的电感线圈。其中电感L是结构参数，与电源无关；电抗X（X=ωL）与电源有关。有磁场交变就会产生电场，电场交变也会产生磁场。在电源的作用下：a.电感L有可能变化。如铁心磁饱和，非线性材料组成磁路。b.电抗与电源频率有关：2.原理

又由可得

（可得磁阻为：）

结论：电感线圈的电感值与线圈匝数平方、线圈磁路材料导磁率、导磁面积成正比；与磁路长度成反比。电感线圈的电感值等于匝数平方除以磁路磁阻。

3.工业产品要解决的问题

简要的说，在满足电路对电抗器的电感值、电抗值的前提下，还要能通过其所要求的电流以及其它部位的绝缘安全。总之一句话，安全、可靠、经济、合理。这样的电感就包括线性电感、饱和电感、可调电感、可控电感；电流：长期电流、短时电流、动热稳定电流、谐波电流分量、直流分量这些因素的不同考虑与电抗器的不同用途有关

4.分类

并联电抗器、串联电抗器、限流电抗器、消弧电抗器、启动电抗器、接地变压器、平波电抗器、滤波电抗器、TCR并联电抗器、阻波器等二、用途

电抗器产品主要应用于电力系统中，还有一些容量较大的电力用户，如石化、钢铁、化工、水厂、自备电场等，还有少量的用于电力电子电路中。SVC用的TCR并抗、滤波电抗器、平波电抗器、启动电抗器都属于用户级，而并抗、串抗、消弧线圈、接地变、限抗多用于电力系统中，大的电力用户也有使用。用途，简单来说，从物理学上讲，电抗器与电容器作用相反。电容器是无功发电机，充电电源，是无功电源；而电抗器是无功用电器，是消耗无功功率的。由此可知电抗器的作用。1.并联电抗器

变电站轻载或空载时,由于线路容升效应即电容器效应,无功发电机太多.导致线路末端电压升高太多,必须使其降低(不降下来有危害).这时就增加无功功率消耗,投入并抗减小电压升高，有必要时并抗放在线路中部。所以,其用途是⑴降低工频电压升高⑵改善电压分布及降低线损⑶减小潜供电流(超高压电路)⑷有利于消除发电机的自励磁其基本特性要求:在最高运行电压下可靠运行，一般1.1～1.15倍

在一定电压范围内（140%）电感保持线性

2.串联电抗器

因与并联电容器串联组成并联电容器无功补偿装置而得名⑴限制合闸涌流和涌流频率.我们知道电容器电压不能突变.

意味着合闸瞬间电容电流可能很大(可能时间长了开关坏了).抑制系统电压畸变。⑵限制谐波放大作用.由于电容器的电流超前于电压,就相当于发电机.

但加上上串联联电抗抗器后后，LC回路的的特征征阻抗抗对高高于其其谐调调频率率的谐谐波呈呈现出出感性性，变变成和和负载载一样样，是是的的消消耗器器件，，都减减少了了，，（（③④也也就是是降低低了母母线谐谐波电电压值值，抑制了了谐波波。⑤⑤⑥⑥。。）(忽略略r不不计)3.滤滤波电电抗器器和串联联电抗抗器一一样，，与电电容器器组串串联组组成LC回回路实实现滤滤波。。简单地地说：：调谐谐频率率为，，低低于的的谐谐波包包括工工频是是无功功电源源，高高于的的谐谐波是是无功功用户户，对对等于于的的谐波波短路路，即即母线线上电电压压为零零，其其他负负荷上上的电电压压也为为零，，则谐谐波电电流也也为零零。从从而达达到滤滤波的的效果果。4.限限流电电抗器器很简单单，就就是利利用电电抗器器的电电抗值值，限限制线线路的的短路路电流流值在在一定定的可可承受受范围围内，，利于于故障障线路路的切切除和和处理理，减减少对对前级级设备备和系系统的的冲击击。例如：：XKSCKL-10.5-3000-10,在10.5kV无无穷大大系统统中，，其可可以限限制系系统短短路电电流在在30kA以内内。5.消消弧线线圈单相对对地后后大于一一定的的值时时电弧弧持续续或间间歇性性电弧弧，将将烧毁毁设备备，并并容易易扩大大为两两相、、三相相短路路事故故，也也会导导致过过电压压危及及系统统绝缘缘。消消弧线线圈的的作用用就是是减小小。。自动调调谐消消弧线线圈接接地成成套装装置，，则是是加入入自动动化功功能，，更准准确，，更迅迅捷。。但是是有许许多的的难题题，主主要是是信号号测量量、检检入、、判断断的精精确度度等方方面。。6.接接地变变压器器无中性性点的的系统统，消消弧线线圈如如何接接入呢呢？接接地变变就是是提供供一个个人为为的中中性点点。但但是与与Y型型接法法又不不同，，Y型型接法法有零零序磁磁通、、附加加损耗耗、发发热现现象、、阻抗抗大等等问题题，也也影响响二次次负荷荷正常常供电电，Zn接接地变变就没没有上上述问问题，，同时时可作作为站站用变变。7.启启动电电抗器器就是电电动机机起动动时，，电流流很大大，母母线电电压下下降较较多，，对其其他负负荷正正常运运行有有不利利影响响，必必须减减少起起动电电流。。有串串入电电抗器器降压压，有有通过过自耦耦变压压器降降压起起动，，有串串入转转子电电阻减减小起起动电电流等等方法法。启启动完完毕要要退出出，这这个过过程只只有几几秒到到几十十秒的的时间间。例如一一些自自来水水厂、、矿山山、钢钢铁厂厂、发发电厂厂等用用到大大型电电动机机的场场所。。8.平平波电电抗器器多用于于直流流整流流电路路中，，电压压低、、电流流大，，整流流后直直流电电压有有较多多的交交流分分量，，对直直流负负荷有有危害害。例例如电电镀不不均匀匀。希希望负负荷上上的直直流电电压分分量所所占比比例尽尽量高高，各各次交交流分分量所所占比比例尽尽量低低。平波电电抗器器对直直流分分量相相当于于短路路，对对交流流分量量相当当于大大电抗抗，这这就达达到了了上述述目的的。直直流电电压分分量绝绝大部部分由由平波波电抗抗器分分压。。阳极极电抗抗器作作用类类似。。9.TCR并抗变化极极大的的负载载，如如钢炉炉，无无功负负荷也也由0~100%变变化。。如果果不及及时补补偿的的话，，系统统电压压变化化非常常大。。希望望随时时调节节电容容器输输出。。SVC应应运而而生。。LC回路路，图图是工工频无无功补补偿兼兼滤波波。TCR在可可控硅硅的控控制下下，实实现无无功功功率的的可调调，达达到目目的。。10.阻波波器阻波器器用在在超高高压110kV及以以上线线路的的高频频保护护和载载波通通讯装装置中中。阻阻止高高频信信号进进入电电力系系统。。限制制其在在一定定范围围内，，不影影响电电力系系统。。三、设设计要要点电抗器器产品品设计计主要要分铁铁心产产品、、空心心产品品。其其中铁铁心产产品又又分变变压器器类和和电感感线圈圈类。。1.产产品基基本结结构⑴空空心电电抗器器由于无无铁心心来限限制磁磁路的的路径径磁力力线在在空间间发散散，也也就是是电感感线圈圈完全全置于于磁场场中。。磁感感应强强度达达到了了几百百高斯斯级，，因此此电感感线圈圈有较较多的的涡流流损耗耗。为为了限限制涡涡流损损耗并并使局局部温温升得得到控控制，，空心心电抗抗器采采用的的是小小截面面圆铝铝线多多并联联支路路结构构。⑵铁心心电抗抗器a.变变压器器式有接地地变、、高漏漏抗消消弧线线圈、、调容容式消消弧线线圈。。接地变变与高高漏抗抗消弧弧线圈圈就是是变压压器，，只不不过接接地变变的一一次恻恻在系系统单单相对对地故故障发发生时时，有有短时时的零零序电电流流流过时时不影影响二二次负负载的的正常常用电电，干干变则则除了了空载载外，，一二二次容容量始始终相相等；；高漏漏抗消消弧线线圈的的突出出特点点则是是100%短路路阻抗抗的单单相三三线圈圈变压压器，，低压压短路路情况况下，，高压压侧流流过额额定电电流时时能可可靠运运行2小时时，第第三个个线圈圈连接接滤波波装置置以漏漏除装装置产产生的的谐波波；调调容式式消弧弧线圈圈则是是在二二次侧侧投入入不同同的电电容器器来等等效改改变阻阻抗。。变压器器等效效电路路：b.铁铁心带带气隙隙大多数数铁心心电抗抗器都都是这这种结结构，，包括括并抗抗、串串抗、、起抗抗、消消弧线线圈、、平波波电抗抗器等等。()由于相相等，，所以以两段段磁力力线的的电压压U相相等，，电流流、、相相差差很大大，所所以可可以理理解为为磁路路串联联相当当于电电气并并联，，同样样磁路路并联联相当当于电电气串串联。。由此可可以看看出基基本的的设计计要计计算一一些什什么内内容了了。2.设设计要要点最重要要是电电抗器器产品品的电电压等等级、、长期期允许许通过过的电电流或或等效效电流流、目目标电电抗值值三个个方面面。其其次是是回头头校核核设计计方案案的经经济性性、可可靠性性、科科学性性，再再调整整再校校核。。⑴接地地变压压器首先是是确定定铁心心直径径：初初始值值确定匝匝数：：其其中:为为初初始磁磁密（（T））S为铁铁心截截面积积（）选择导导线规规格根据设设计目目标确确定线线圈的的结构构形式式布置计计算线线圈的的几何何尺寸寸计算变变压器器各性性能参参数评估调整（（再循循环））评估的的基本本标准准是：：①各各种绝绝缘距距离（（可靠靠性））；②②各性性能参参数（（可靠靠性））；③③外形形比例例是否否协调调，是是否满满足客客户的的安装装环境境要求求等（（科学学性））；④④是否否还有有更经经济且且符合合要求求的方方案（（经济济性））；⑤⑤是否否满足足工艺艺可行行性简简洁性性的要要求。。可靠性性最重重要的的有：：温升升、磁磁密、、、、、、、、等等等，，、、是是否能能同时时满足足，若若同时时满足足是否否成本本增加加太多多。计算特特点由由结构构特点点所致致：（同理理得、、））（同理理得、、））可得温度上上升曲曲线：：其中发发热时时间常常数还有一一点，，考虑虑到绝绝缘材材料寿寿命周周期是是累积积效应应的结结果，，F级级平均均温升升100K，可可长期期运行行达30年年。因因此无无相关关标准准规定定，我我们确确度接接地变变压器器短时时运行行温升升可达达115K而不不影响响产品品寿命命。还还要注注意其其它类类型接接地变变压器器的设设计特特点，，如接接、接接、、接接三线线圈式式、单单相接接地变变压器器等。。中性性点10S电流流计算算按GB1094.5。。⑵串联联电抗抗器①确定定电抗抗器的的额定定值；；②确定铁铁心直直径；；③确定线线规，，设计计线圈圈；④④计算算电抗抗、设设计气气隙和和铁饼饼分布布；⑤⑤评估估（温温升为为1.35倍电电流下下）；；⑥调调整特点点：：①①线线圈圈类类似似变变压压器器低低压压线线圈圈，，但但运运行行工工况况不不同同，，有有冲冲击击；；②②铁铁心心漏漏磁磁大大于于变变压压器器，，因因此此要要尽尽量量减减少少线线圈圈等等的的涡涡流流损损耗耗等等。。变变压压器器中中能能用用的的大大截截面面线线规规尽尽量量不不在在铁铁心心电电抗抗器器中中使使用用。。③③由由于于气气隙隙的的存存在在，，磁磁场场畸畸变变严严重重，，大大型型铁铁心心按按辐辐射射扇扇形形饼饼形形式式制制作作。。④④雷雷电电冲冲击击的的考考虑虑、、设设计计。。⑶消消弧弧线线圈圈消弧线线圈圈有有调调匝匝式式、、调调容容式式及及单单相相高高漏漏抗抗变变压压器器式式。。调匝式式就就是是通通过过改改变变线线圈圈的的匝匝数数来来改改变变电电抗抗；；调调容容式式就就是是在在二二次次线线圈圈上上投投入入不不同同容容量量的的电电容容器器来来改改变变电电抗抗器器的的等等效效阻阻抗抗；；单单相相高高漏漏抗抗变变压压器器式式消消弧弧线线圈圈则则是是单单相相变变压压器器，，它它通通过过调调节节连连接接在在低低压压侧侧首首末末两两端端的的可可控控硅硅的的导导通通角角来来调调节节电电抗抗器器的的等等效效阻阻抗抗由由额额定定阻阻抗抗到到空空载载激激磁磁阻阻抗抗之之间间变变化化。。其各各自自的的设设计计特特点点有有：：调调匝匝式式的的桥桥接接（（分分接接头头））达达到到调调感感的的目目的的。。由由于于各各档档的的电电流流大大小小不不同同，，所所用用的的线线规规也也会会改改变变。。各各档档的的电电抗抗高高度度不不同同；；调调容容式式消消弧弧线线圈圈注注意意内内外外线线圈圈最最大大电电流流不不同同时时工工况况的的温温升升校校核核；；高高漏漏抗抗消消弧弧线线圈圈则则是是涡涡流流损损耗耗较较大大，，但但有有很很多多不不在在线线圈圈中中。。⑷起起动动电电抗抗器器起动动电电抗抗器器的的选选型型实实际际上上归归结结为为我我们们怎怎样样建建立立计计算算所所需需的的等等效效电电路路，，以以及及选选用用起起动动电电抗抗器器所所要要达达到到的的目目的的是是什什么么。。是是保保持持母母线线电电压压还还是是降降低低起起动动电电流流到到某某一一确确定定值值，，还还是是两两者者都都有有要要求求。。起动动电电抗抗器器只只有有电电动动机机起起动动过过程程中中通通电电运运行行，，正正常常运运转转后后自自动动退退出出运运行行。。因因此此起起动动电电抗抗器器为为短短时时运运行行方方式式，，校校验验短短时时绕绕组组温温升升（（基基本本上上是是绝绝热热温温升升计计算算））120S不不超超过过150K。。因因此此，，起起动动电电抗抗器器线线圈圈电电密密、、磁磁密密均均较较高高。。起动电抗抗器连续续两次起起动，每每次不超超过60S，后后第三次次起动必必须120min之后后才行。。⑸并联电电抗器并联电抗抗器线圈圈与干变变比较，，注意其其线规不不能太大大，其温温升应在在最大连连续运行行电压下下考核，，即长期期过载能能力有要要求，通通常1.1~1.2倍倍。与串串抗比较较，其线线圈端电电压高十十几倍，，相同容容量的电电流小许许多。铁铁心部分分与串抗抗等同样样设计。。但是并并抗通常常容量大大、个体体大、重重量大。。⑹平波电电抗器平波电抗抗器我们们很少，，几乎没没有生产产，但其其设计要要注意。。要使其其正常发发挥作用用，必须须使其在在纹波电电流和直直流分量量同时作作用下铁铁心磁路路不会饱饱和。线线圈电流流以直流流分量为为准。⑺空心电电抗器设设计①基础知知识A.空心心电抗器器的优点点及结构构相对于传传统的油油浸式铁铁心电力力电抗器器及水泥泥电抗器器来讲，，空心电电抗器具具有重量量轻、电电感线性性度好、、机械强强度高、、噪音低低、抗短短路冲击击能力强强；更为为突出的的是干式式空心电电抗器可可以常年年置于户户外环境境下而无无需检修修；此外外由于采采用了阻阻燃材料料，干式式空心电电抗器对对防火无无严格的的要求，，可以减减少电站站及其安安装场地地的基建建投资；；同时干干式空心心电抗器器比水泥泥电抗器器损耗更更小、体体积更小小。空心电抗抗器的基基本结构构形式如如图所示示。它实实际是由由多层同同轴线圈圈并联而而成。为为了散热热的原因因，这些些线圈又又被分成成了数组组，每组组构成一一个包封封。星形形架的设设置最大大限度的的完成了了分数匝匝的绕制制。完成成了线圈圈的支撑撑与放置置。由于层与与层及匝匝与匝之之间有强强烈的互互感存在在，这种种电抗器器的设计计计算非非常复杂杂，几乎乎无法由由人工来来完成，，必须由由计算机机完成。。所以计计