電抗器類產(chǎn)品技術原理

1、電抗器類產(chǎn)品技術講座文程 1產(chǎn)品原理2用途3設計要點四 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是結構參數(shù)，與電源無關；電抗X（X=L ）與電源有關。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：dtdiLu 2.原理 又由 可得 （可得磁阻為： ） idtdiLu ILUIULXIULHlIWlHIWBH lBIWdtdWuSWUBSWlUSlSBlBIWSlSBIWIWlSWIUX2lSWXL2

2、 結論：電感線圈的電感值與線圈匝數(shù)平方、線圈磁路材料導磁率、導磁面積成正比；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、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 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

3、二、用途 電抗器產(chǎn)品主要應用于電力系統(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，從物理學上講，電抗器與電容器作用相反。電容器是無功發(fā)電機，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,由于線路容升效應即電容器效應,無功發(fā)電機太多.導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

4、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 降低工頻電壓升高 改善電壓分布及降低線損 減小潛供電流(超高壓電路) 有利于消除發(fā)電機的自勵磁 其基本特性要求:在最高運行電壓下可靠運行，一般 1.11.15倍 在一定電壓范圍內(nèi)（140%）電感保持線性ABI2U1UNC. . .UN 03I4I1IN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .IUN0ABII12U1UNC .2.串聯(lián)電抗器 因與并聯(lián)電容器串聯(lián)組成并聯(lián)電容器無功補償裝置而得名 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

5、能時間長了開關壞了).抑制系統(tǒng)電壓畸變。 限制諧波放大作用.由于電容器的電流超前于電壓,就相當于發(fā)電機. UCqdtduCi 但加上串聯(lián)電抗器后，LC回路的特征阻抗對高于其諧調(diào)頻率的諧波呈現(xiàn)出感性，變成和負載一樣，是 的消耗器件，都減少了 ，（也就是降低了母線諧波電壓值，抑制了諧波。 。） (忽略r不計)LIC1IIrIICCLIII11IIL11ILI136PIcUI1LI.3.濾波電抗器 和串聯(lián)電抗器一樣，與電容器組串聯(lián)組成LC回路實現(xiàn)濾波。 簡單地說：調(diào)諧頻率為 ，低于 的諧波包括工頻是無功電源，高于 的諧波是無功用戶，對等于 的諧波短路，即母線上 電壓為零，其他負荷上的 電壓也為零，則

6、諧波電流也為零。從而達到濾波的效果。 I諧波源濾波電抗器n0f0f0f0f0f0f4.限流電抗器 很簡單，就是利用電抗器的電抗值，限制線路的短路電流值在一定的可承受范圍內(nèi)，利于故障線路的切除和處理，減少對前級設備和系統(tǒng)的沖擊。 例如：XKSCKL-10.5-3000-10,在10.5kV無窮大系統(tǒng)中，其可以限制系統(tǒng)短路電流在30kA以內(nèi)。5.消弧線圈 消弧線圈IA.I.BI.CI.d0CBAIII單相對地后 0AIdCBIIIAdII3 大于一定的值時電弧持續(xù)或間歇性電弧，將燒毀設備，并容易擴大為兩相、三相短路事故，也會導致過電壓危及系統(tǒng)絕緣。消弧線圈的作用就是減小 。 自動調(diào)諧消弧線圈接地成

7、套裝置，則是加入自動化功能，更準確，更迅捷。但是有許多的難題，主要是信號測量、檢入、判斷的精確度等方面。dIdI6.接地變壓器 無中性點的系統(tǒng)，消弧線圈如何接入呢？接地變就是提供一個人為的中性點。但是與Y型接法又不同，Y型接法有零序磁通、附加損耗、發(fā)熱現(xiàn)象、阻抗大等問題，也影響二次負荷正常供電，Zn接地變就沒有上述問題，同時可作為站用變。7.啟動電抗器 就是電動機起動時，電流很大，母線電壓下降較多，對其他負荷正常運行有不利影響，必須減少起動電流。有串入電抗器降壓，有通過自耦變壓器降壓起動，有串入轉(zhuǎn)子電阻減小起動電流等方法。啟動完畢要退出，這個過程只有幾秒到幾十秒的時間。 例如一些自來水廠、礦山

8、、鋼鐵廠、發(fā)電廠等用到大型電動機的場所。8.平波電抗器 多用于直流整流電路中，電壓低、電流大，整流后直流電壓有較多的交流分量，對直流負荷有危害。例如電鍍不均勻。希望負荷上的直流電壓分量所占比例盡量高，各次交流分量所占比例盡量低。 rLUd 平波電抗器對直流分量相當于短路，對交流分量相當于大電抗，這就達到了上述目的。直流電壓分量絕大部分由平波電抗器分壓。陽極電抗器作用類似。 9.TCR并抗 變化極大的負載，如鋼爐，無功負荷也由0100%變化。如果不及時補償?shù)脑挘到y(tǒng)電壓變化非常大。希望隨時調(diào)節(jié)電容器輸出。SVC應運而生。LC回路，圖是工頻無功補償兼濾波。TCR在可控硅的控制下，實現(xiàn)無功功率的可調(diào)

9、，達到目的。CLLAB晶閘管組TCR并抗10.阻波器 阻波器用在超高壓110kV及以上線路的高頻保護和載波通訊裝置中。阻止高頻信號進入電力系統(tǒng)。限制其在一定范圍內(nèi)，不影響電力系統(tǒng)。 阻波器高頻信號發(fā)射高頻信號接收阻波器三、設計要點 電抗器產(chǎn)品設計主要分鐵心產(chǎn)品、空心產(chǎn)品。其中鐵心產(chǎn)品又分變壓器類和電感線圈類。1.產(chǎn)品基本結構 空心電抗器 由于無鐵心來限制磁路的路徑磁力線在空間發(fā)散，也就是電感線圈完全置于磁場中。磁感應強度達到了幾百高斯級，因此電感線圈有較多的渦流損耗。為了限制渦流損耗并使局部溫升得到控制，空心電抗器采用的是小截面圓鋁線多并聯(lián)支路結構。 鐵心電抗器 a.變壓器式 有接地變、高漏抗

10、消弧線圈、調(diào)容式消弧線圈。 接地變與高漏抗消弧線圈就是變壓器，只不過接地變的一次惻在系統(tǒng)單相對地故障發(fā)生時，有短時的零序電流流過時不影響二次負載的正常用電，干變則除了空載外，一二次容量始終相等；高漏抗消弧線圈的突出特點則是100%短路阻抗的單相三線圈變壓器，低壓短路情況下，高壓側流過額定電流時能可靠運行2小時，第三個線圈連接濾波裝置以漏除裝置產(chǎn)生的諧波；調(diào)容式消弧線圈則是在二次側投入不同的電容器來等效改變阻抗。 變壓器等效電路： X1XmX1X b.鐵心帶氣隙 大多數(shù)鐵心電抗器都是這種結構，包括并抗、串抗、起抗、消弧線圈、平波電抗器等。 ( )UI銅XXX12XX12X3I1I2212211I

11、WIWlHlHIW11XIW22XIW 由于 相等，所以兩段磁力線的電壓U相等，電流 、 相差很大，所以可以理解為磁路串聯(lián)相當于電氣并聯(lián)，同樣磁路并聯(lián)相當于電氣串聯(lián)。 由此可以看出基本的設計要計算一些什么內(nèi)容了。 SB1I2I2.設計要點 最重要是電抗器產(chǎn)品的電壓等級、長期允許通過的電流或等效電流、目標電抗值三個方面。其次是回頭校核設計方案的經(jīng)濟性、可靠性、科學性，再調(diào)整再校核。 接地變壓器 首先是確定鐵心直徑： 初始值 416nSKD確定匝數(shù)： 其中: 為初始磁密（T） S為鐵心截面積（ ） SBfUWm2250mB2cm選擇導線規(guī)格根據(jù)設計目標確定線圈的結構形式 布置計算線圈的幾何尺寸 計

12、算變壓器各性能參數(shù) 評估 調(diào)整（再循環(huán)） 評估的基本標準是：各種絕緣距離（可靠性）； 各性能參數(shù)（可靠性）；外形比例是否協(xié)調(diào)，是否滿足客戶的安裝環(huán)境要求等（科學性）；是否還有更經(jīng)濟且符合要求的方案（經(jīng)濟性）；是否滿足工藝可行性簡潔性的要求。 可靠性最重要的有：溫升、磁密、 、 、 、 等等， 、 是否能同時滿足，若同時滿足是否成本增加太多。 KPKU0ZKU0Z0P計算特點由結構特點所致： 12332121212SD（同理得 、 ） 13D23D41212108 .24匝UHKDIWDksx（同理得 、 ） 13xU23xU62231312xxxxUUUU可得 SPUkr1022xrkUUU溫

13、度上升曲線： TNme120001其中發(fā)熱時間常數(shù) 21516 . 315009 . 0390JTN裸銅重樹脂重 還有一點，考慮到絕緣材料壽命周期是累積效應的結果，F(xiàn)級平均溫升100K，可長期運行達30年。因此無相關標準規(guī)定，我們確度接地變壓器短時運行溫升可達115K而不影響產(chǎn)品壽命。還要注意其它類型接地變壓器的設計特點，如 接、 接、 接三線圈式、單相接地變壓器等。中性點10S電流計算按GB1094.5。 Y/YY串聯(lián)電抗器 確定電抗器的額定值； 確定鐵心直徑； 確定線規(guī)，設計線圈；計算電抗、設計氣隙和鐵餅分布；評估（溫升為1.35倍電流下）；調(diào)整 特點：線圈類似變壓器低壓線圈，但運行工況不

14、同，有沖擊；鐵心漏磁大于變壓器，因此要盡量減少線圈等的渦流損耗等。變壓器中能用的大截面線規(guī)盡量不在鐵心電抗器中使用。由于氣隙的存在，磁場畸變嚴重，大型鐵心按輻射扇形餅形式制作。雷電沖擊的考慮、設計。 消弧線圈 消弧線圈有調(diào)匝式、調(diào)容式及單相高漏抗變壓器式。 調(diào)匝式就是通過改變線圈的匝數(shù)來改變電抗；調(diào)容式就是在二次線圈上投入不同容量的電容器來改變電抗器的等效阻抗；單相高漏抗變壓器式消弧線圈則是單相變壓器，它通過調(diào)節(jié)連接在低壓側首末兩端的可控硅的導通角來調(diào)節(jié)電抗器的等效阻抗由額定阻抗到空載激磁阻抗之間變化。 其各自的設計特點有：調(diào)匝式的橋接（分接頭）達到調(diào)感的目的。由于各檔的電流大小不同，所用的線

15、規(guī)也會改變。各檔的電抗高度不同；調(diào)容式消弧線圈注意內(nèi)外線圈最大電流不同時工況的溫升校核；高漏抗消弧線圈則是渦流損耗較大，但有很多不在線圈中。 起動電抗器 起動電抗器的選型實際上歸結為我們怎樣建立計算所需的等效電路，以及選用起動電抗器所要達到的目的是什么。是保持母線電壓還是降低起動電流到某一確定值，還是兩者都有要求。 DL電源X電動機XrU已有負荷rELXUrX 起動電抗器只有電動機起動過程中通電運行，正常運轉(zhuǎn)后自動退出運行。因此起動電抗器為短時運行方式，校驗短時繞組溫升（基本上是絕熱溫升計算）120S不超過150K。因此，起動電抗器線圈電密、磁密均較高。 起動電抗器連續(xù)兩次起動，每次不超過60

16、S，后第三次起動必須120min之后才行。 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器線圈與干變比較，注意其線規(guī)不能太大，其溫升應在最大連續(xù)運行電壓下考核，即長期過載能力有要求，通常1.11.2倍。與串抗比較，其線圈端電壓高十幾倍，相同容量的電流小許多。鐵心部分與串抗等同樣設計。但是并抗通常容量大、個體大、重量大。 平波電抗器 平波電抗器我們很少，幾乎沒有生產(chǎn)，但其設計要注意。要使其正常發(fā)揮作用，必須使其在紋波電流和直流分量同時作用下鐵心磁路不會飽和。線圈電流以直流分量為準。iB dtdiu uBH lIWBlSWISBWIWIL2空心電抗器設計 基礎知識 A.空心電抗器的優(yōu)點及結構 相對于傳統(tǒng)的油浸式鐵心電力電

17、抗器及水泥電抗器來講，空心電抗器具有重量輕、電感線性度好、機械強度高、噪音低、抗短路沖擊能力強；更為突出的是干式空心電抗器可以常年置于戶外環(huán)境下而無需檢修；此外由于采用了阻燃材料，干式空心電抗器對防火無嚴格的要求，可以減少電站及其安裝場地的基建投資；同時干式空心電抗器比水泥電抗器損耗更小、體積更小。 空心電抗器的基本結構形式如圖所示。它實際是由多層同軸線圈并聯(lián)而成。為了散熱的原因，這些線圈又被分成了數(shù)組，每組構成一個包封。星形架的設置最大限度的完成了分數(shù)匝的繞制。完成了線圈的支撐與放置。 由于層與層及匝與匝之間有強烈的互感存在，這種電抗器的設計計算非常復雜，幾乎無法由人工來完成，必須由計算機完

18、成。所以計算機未普遍應用之前，這種電抗器沒有得到廣泛的開發(fā)。.axB.電感互感計算 HHS12N1N2R12R 根 據(jù) 電 磁 學 中 的 公 式（Neurrann公式）及微分學原理，不 難 得 出 圖 中 所 示 半 徑 分 別為 、 ，高度分別為 、 ，單位長度匝數(shù)分別為 、 ，中心距離為S的同軸等壁螺線管之間的互感為：1R2R1H2H1N2N421321221121212321,2ZRRfZRRfZRRfZRRfNNRRMSHHZ22211SHHZ22212SHHZ22123SHHZ22214其中: 函數(shù) dRRRRRRZRRRRZRRfi20212221212022212121sincos2cos2, 由上式出發(fā)，可以求得高度為H，半徑為R，單位長度匝數(shù)為N的薄壁螺線管的自感為： 0 ,223RRfHRRfNRL 只要計算 和 的值就可以了。由計算機完成。有了上述計算，那么每一層每一包