電抗器技術(shù)的發(fā)展歷程及其前景展望(下)

      六、消弧線圈
      消弧線圈廣泛用于我國lOkV~6kV級(jí)的諧振接地系統(tǒng)。除了在一些沿海大城市，因電纜線路的普及而有采用中性點(diǎn)小電阻接地的傾向外，目前我國大部分地區(qū)10kV~66kV系統(tǒng)都是中性點(diǎn)不接地的。在這些系統(tǒng)中，特別對(duì)于架空線路，絕大多數(shù)單相接地故障是暫時(shí)性的弧光接地，但繼發(fā)性的線間和線-地電容所形成的故障點(diǎn)容性工頻續(xù)流卻使弧光持續(xù)以至使故障擴(kuò)大。此時(shí)接在系統(tǒng)中性點(diǎn)和地之間的消弧線圈因中性點(diǎn)位移而流過感性電流抵消了容性工頻續(xù)流而使弧光熄滅，使線路恢復(fù)正常工作。上海電機(jī)廠為常州至南京升壓到66kV的線路提供了我國第一臺(tái)1900kVA，66／√3 kV 25A~50A消弧線圈，此后系列生產(chǎn)175kVA-3800kVA 10kV-66kV級(jí)的消弧線圈。60年代中期以后北京電力修造廠成為消弧線圈的主要生產(chǎn)廠。

      80年代后期，上海交通大學(xué)、山東大學(xué)等致力于消弧線圈自動(dòng)調(diào)諧、自動(dòng)選線功能的開發(fā)。10kV~66kV輸電線路總是帶有分支，運(yùn)行中要切換，切換以后線路電容有所改變。有自動(dòng)調(diào)諧功能的消弧線圈在線路切換以后可自動(dòng)變換分接位置以達(dá)到合適的感抗值，使之與線路電容始終匹配。有自動(dòng)選線功能的消弧線圈則可以在若干條線路中自動(dòng)選出不能成功消弧的非弧光接地永久性故障段而予以切除。具有自動(dòng)調(diào)諧自動(dòng)選線功能的消弧線圈更適合于無人值班變電所，進(jìn)入90年代，一些專業(yè)廠如上海思源電氣公司等已能成套供應(yīng)。由于變電所的無油化傾向，因此35kV以下的消弧線圈現(xiàn)很多是干式澆注型。

      七、接地變壓器
      接地變壓器為原本無中性點(diǎn)引出端子的系統(tǒng)提供一個(gè)人為的中性點(diǎn)。嚴(yán)格來說，接地變壓器本質(zhì)上不是變壓器而是一臺(tái)繞組為ZN結(jié)法的電抗器，其N端引出端子就是人為中性點(diǎn)。采用ZN結(jié)法的目的是減小零序阻抗至合理值。接地變壓器的引入不應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的零序阻抗有重大的改變。接地變壓器可以用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，此時(shí)其中性點(diǎn)一般接消弧線圈，也可以用于中性點(diǎn)小電阻接地系統(tǒng)，此時(shí)其中性點(diǎn)經(jīng)由小電阻接地。在10kV系統(tǒng)中，因電力變壓器的二次10kV繞組經(jīng)常為三角聯(lián)結(jié)，所以接地變壓器用得較多。某些地區(qū)，例如上海，35kV變電所的主變，其35kV側(cè)有時(shí)也為三角聯(lián)結(jié)，此時(shí)就接額定接地電流為lkA、2kA的接地變壓器，再經(jīng)小電阻接地。

      也有一些變電所的接地變壓器要兼具所用變功能，為此就增加一個(gè)400V的yn聯(lián)結(jié)繞組，組成YNyn聯(lián)結(jié)組。生產(chǎn)消弧線圈的廠家一般成套供接地變。同樣由于變電所無油化的傾向，因此很多接地變是干式澆注型。

      發(fā)電廠自用電系統(tǒng)多數(shù)為高電阻接地系統(tǒng)，更多選用五柱式接地變壓器。這種變壓器有一個(gè)零序二次繞組，其端子間接有電阻。單相接地故障時(shí)，二次繞組中感生的零序電流通過電阻，起到阻尼過電壓的作用。

      八、平波電抗器
      平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。1985年我國第一條鎮(zhèn)海-舟山±l00kV跨海直流輸電線路上的100kV／500A平波電抗器為西變所試制。1988年我國第一條~500kV／2x600MW葛洲壩-南橋直流輸電線路上的500kV／1200A平波電抗器是由BBC公司成套供應(yīng)，為干式戶外型，由支柱絕緣子支起�，F(xiàn)在即將投運(yùn)的三峽-常州和三峽-廣東~500kV／2X1500MW直流輸電線路中所用的500kV、3000A平波電抗器是由ABB公司和西變合作生產(chǎn)的，為油浸鐵心式。500kV平波電抗器的尺寸、重量都很大。

      直流供電的晶閘管電氣傳動(dòng)中，平波電抗器也是不可少的。因?yàn)槊}動(dòng)的直流輸出電壓中所包含的諧波分量在直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)造成不必要的損耗和發(fā)熱，諧波中的負(fù)序分量則產(chǎn)生反向力矩，而且當(dāng)晶閘管深控時(shí)，若脈動(dòng)的直流輸出電壓的瞬時(shí)值低于電動(dòng)機(jī)的反電勢，將使電流不連續(xù)。

      電力機(jī)車上的車載27．5kV整流變壓器雖然只有幾千kVA，但因?yàn)閱蜗喙╇�，脈動(dòng)大，要求平波電抗器的電感量大，所以其尺寸重量差不多與主變壓器相當(dāng)。株洲電力機(jī)車廠批量生產(chǎn)此種電抗器已有多年了。

      九、直流控制的飽和電抗器
      直流控制的飽和電抗器屬于另類的電抗器。串在電路中的扼流式或自飽和飽和電抗器，其作用不能簡單地看作串人一個(gè)可變電感。在電壓正弦波的周期內(nèi)，飽和電抗器在飽和前吸收了一定的伏-秒，達(dá)到飽和，以后就呈全開放狀態(tài)。因此其輸出電壓是非正弦的，這種飽和電抗器的作用與晶閘管相似。60年代中，上海調(diào)壓器廠曾致力于扼流式飽和電抗器的開發(fā)，后來隨著晶閘管的廣泛應(yīng)用，已完全被取代。但與二極管整流的整流變壓器配套的自飽和式飽和電抗器一直延用至今。整流輸出電壓由設(shè)在橋臂的自飽和電抗器經(jīng)由直流控制來實(shí)現(xiàn)小范圍調(diào)節(jié)(一般為輸出額定電壓的5％-15％)。調(diào)壓范圍不大時(shí)，比用可控硅更為經(jīng)濟(jì)。自飽和電抗器可以與整流變壓器共箱，也可以單獨(dú)設(shè)置，由變壓器生產(chǎn)廠成套提供。

      其它類型的直流控制飽和電抗器用得較少，這里不贅述。

      十、可控電抗器
      可控電抗器是幾年來的熱門話題。并聯(lián)電抗器用于抑制超高壓長線末端空載或輕載時(shí)的電壓升高，隨著負(fù)荷的增加，并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償容量可以減少甚至切除。但如果線路有擾動(dòng)以致負(fù)荷跳閘時(shí)，則又要求立即投入。因此，如果并聯(lián)電抗器能做到容量可調(diào)，且能快速反應(yīng)，則更為理想。隨著緊湊型線路的引入，這一要求顯得更為迫切。80年代后期，一些前蘇聯(lián)學(xué)者研究緊湊型線路，減小線間距離，由此增加線路電容，減小電感，降低波阻抗，進(jìn)而可以成倍增加同一電壓等級(jí)能輸送的自然功率。在這種線路上，用以補(bǔ)償容性電流的并聯(lián)電抗器容量更大，抑制工頻電壓升高的要求更高，所以問題更為突出。有幾種方式可以實(shí)現(xiàn)這一目的，但迄今還不能說是足夠理想，尚需在探索中進(jìn)一步加以完善。西變于2001年試制了一臺(tái)10kV／300kyat單相高阻抗型可控電抗器樣機(jī)。沈變和長江變壓器廠分別試制了單 6000kvar／35kV和2400kvar／10kV磁閥式可控電抗器樣機(jī)，并已在電氣化鐵道中試運(yùn)行。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電抗器的應(yīng)用必然將越來越廣泛，新開發(fā)的產(chǎn)品也將不斷涌現(xiàn)。

      十一、電抗器產(chǎn)品的發(fā)展展望
      電能是最清潔又容易受控的能源，而電抗器作為無功補(bǔ)償手段，在電力系統(tǒng)中是不可缺少的。隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，無論是裝機(jī)容量或用電總量都將進(jìn)人世界第2位，特別是近2~3年內(nèi)，城鄉(xiāng)缺電再度成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，加快電力建設(shè)勢在必行，電抗器的需求相應(yīng)增長。就并聯(lián)電抗器而言，西變2003年生產(chǎn)500kV并聯(lián)電抗器80余臺(tái)，預(yù)計(jì)2004年還會(huì)有增長。

      從技術(shù)角度來看，緊湊型線路由于其輸送容量大、線路走廊占地少而成為今后的發(fā)展趨勢。昌房試驗(yàn)線段已積累了一定經(jīng)驗(yàn)，并通過驗(yàn)收鑒定。由于緊湊型線路電容的增大，需要的無功補(bǔ)償電抗器容量也就更多，對(duì)于可控電抗器的要求也更為迫切。磁閥式可控電抗器由于晶閘管控制功率小，諧波含量低，相對(duì)有一定優(yōu)勢。

      因?yàn)閼魞?nèi)安裝的中壓干式鐵心式并聯(lián)電抗器裝設(shè)在居民稠密區(qū)，所以最需要解決的是噪聲問題。用于戶外的干式空心電抗器最需要提高的是絕緣材料的耐候性。節(jié)能是一個(gè)永恒的課題。現(xiàn)在國內(nèi)對(duì)于1l0kV、220kV輸電線路空載損耗的評(píng)價(jià)值最高為30000元／(kW·h)。對(duì)于電抗器來說，其總損耗就屬于空載損耗的范疇，所以低損耗的要求是可以理解的。

      10kV級(jí)干式限流電抗器，近年來其用途日趨狹窄�，F(xiàn)在由于斷路器開斷能力和其它性能方面的提高，l0kV配電裝置的小型化，以及變電所主變壓器承受短路能力的加強(qiáng)，在變電所設(shè)計(jì)中已趨向于不再裝設(shè)早年串在母線分支饋線中的那種限流電抗器。

      工業(yè)用途的電抗器隨著各行各業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，近年來在需求方面有一些變化。電弧爐變壓器以前容量大于10MVA就不需要帶串聯(lián)電抗器，其二次側(cè)短網(wǎng)阻抗足以穩(wěn)定電弧并限制短路電流。近年來電弧爐單臺(tái)容量不斷增大，以及超高功率的發(fā)展，以致不得不提高變壓器二次電壓，否則二次電流太大。150t超高功率電弧爐由150MVA變壓器供電，其二次電壓為1200V，二次電流72kA。爐內(nèi)噴炭粉，一氧化碳造泡沫渣的技術(shù)已使長弧熔煉成為可能。礦渣泡沫足以保護(hù)爐襯使其不受電弧侵蝕。因此二次電壓普遍提高到1000V左右，這樣，短路阻抗標(biāo)么值就降低。為穩(wěn)定長弧，大容量電弧爐也就需要變壓器額定容量為20%右的串聯(lián)電抗器。串聯(lián)電抗器一般單獨(dú)設(shè)置，不與變壓器共箱。

      隨著晶閘管的廣泛應(yīng)用，電解整流裝置中，自飽和飽和電抗器有逐漸被取代之勢。用晶閘管代替二極管整流，由晶閘管微調(diào)電壓，同樣起到飽和電抗器的作用，而又免除了飽和電抗器帶來的損耗和噪聲。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在經(jīng)濟(jì)上晶閘管代替二極管也是可行的。目前至少在化工電解方面已非常普遍采用晶閘管，鋁電解方面則還在沿用飽和電抗器。
 
      但是，利用鐵磁材料的非線性特性，通過不同方式來控制電壓，控制無功仍然有其發(fā)展前途。再說，電力電子技術(shù)的發(fā)展會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)和電力裝備帶來很多變化，但作為無功補(bǔ)償元件的電抗器仍然是不可缺少的。