淺談電力系統(tǒng)中的電抗器應(yīng)用分析

      摘 要：電抗器依靠線圈的感抗阻礙電流變化的電器，電力系統(tǒng)網(wǎng)中所采用的電抗器，實質(zhì)上是一個無導(dǎo)磁材料的空心線圈，它可以根據(jù)需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產(chǎn)生數(shù)值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設(shè)備的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。

　　關(guān)鍵詞：電抗器限流；電力系統(tǒng)；電抗器應(yīng)用；電抗器的分類；電抗器的作用；
　　
　　引言：在電力系統(tǒng)中，眾多水電站為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流，由于采用了電抗器，在發(fā)生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
　　
　　一、電抗器的分類
　　由于電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，使得系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大。如在500kV變電所的低壓35kV側(cè)， 最大的三相對稱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短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。電抗器按用途分為七種：
　　1、并聯(lián)電抗器：一般接在超高壓輸電線的末端和地之間，起無功補(bǔ)償作用。
　　2、起動電抗器：與電動機(jī)串聯(lián)，限制其起動電流。
　　3、消弧電抗器：又稱消弧線圈。接于三相變壓器的中性點(diǎn)與地之間，用以在三相電網(wǎng)的一相接地時供給電感性電流，以補(bǔ)償流過接地點(diǎn)的電容性電流，使電弧不易起燃，從而消除由于電弧多次重燃引起的過電壓。
　　4、通信電抗器：又稱阻波器。串聯(lián)在兼作通信線路用的輸電線路中，用以阻擋載波信號，使之進(jìn)入接收設(shè)備。
　　5、電爐電抗器：與電爐變壓器串聯(lián)，限制其短路電流。
　　6、限流電抗器：串聯(lián)于電力電路中，以限制短路電流的數(shù)值。
　　7、濾波電抗器：用于整流電路中減少不平穩(wěn)電流(竹流電流)上紋波的幅值，也可與電容器構(gòu)成對某種頻率能發(fā)生共振的電路，以消除電力電路某次諧波的電壓或電流。
　　
　　二、電抗器的作用
　　電力系統(tǒng)中所采取的電抗器常見的有串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗器。串聯(lián)電抗器主要用來限制短路電流，也有在濾波器中與電容器串聯(lián)或并聯(lián)用來限制電網(wǎng)中的高次諧波。220kV、110kV、35kV、10kV電網(wǎng)中的電抗器是用來吸收電纜線路的充電容性無功的。可以通過調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整運(yùn)行電壓。超高壓并聯(lián)電抗器有改善電力系統(tǒng)無功功率有關(guān)運(yùn)行狀況的多種功能，主要包括：
　�。�1）輕空載或輕負(fù)荷線路上的電容效應(yīng)，以降低工頻暫態(tài)過電壓。
　�。�2）改善長輸電線路上的電壓分布。
　�。�3）使輕負(fù)荷時線路中的無功功率盡可能就地平衡，防止無功功率不合理流動 同時也減輕了線路上的功率損失。
　�。�4）在大機(jī)組與系統(tǒng)并列時，降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓，便于發(fā)電機(jī)同期并列。
　　（5）防止發(fā)電機(jī)帶長線路可能出現(xiàn)的自勵磁諧振現(xiàn)象。
　　（6）當(dāng)采用電抗器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地裝置時，還可用小電抗器補(bǔ)償線路相間及相地電容，以加速潛供電流自動熄滅，便于采用。
　　電抗器按接線可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。串聯(lián)電抗器通常起限流作用，并聯(lián)電抗器經(jīng)常用于無功補(bǔ)償和濾波。
　　(1) 并聯(lián)電抗器：在超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中，連接于變壓器的三次線圈上。用于補(bǔ)償線路的電容性充電電流，限制系統(tǒng)電壓升高和操作過電壓，保證線路可靠運(yùn)行。
　　(2) 串聯(lián)電抗器：安裝在電容器回路中，在電容器回路投入時起到抑制沖擊電流的作用，同時還與電容器組一起組成調(diào)諧回路，起特定的諧波濾除作用。
　　
　　三、電抗器使用期限的問題
　　電抗器在額定負(fù)載下長期正常運(yùn)行的時間，就是所談的電抗器的使用期限。電抗器使用期限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。金屬材料耐高溫，而絕緣材料長期在較高的溫度、電場和磁場作用下，會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。這個漸變的過程就是絕緣材料的老化。溫度愈高，絕緣材料的力學(xué)性能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)荷和周圍環(huán)境的作用，這些負(fù)荷的總和、強(qiáng)度和作用時間決定絕緣材料的使用期限。
　 
　　四、電抗器的運(yùn)用實例
　　隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)載，如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業(yè)用交、直流變換裝置，特別是靜止變流器的采用，由于它是以開關(guān)方式工作的，會引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，從而引起電網(wǎng)的多次諧波。 這不僅會導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且會嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，形成了對電網(wǎng)的嚴(yán)重危害。因此電抗器在電力系統(tǒng)中被廣泛運(yùn)用，其保護(hù)作用顯而易見，故在各大、中、小型水電站水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、出線側(cè)、進(jìn)線側(cè)均裝有各類型電抗器，如：
　　1、河北張河灣抽水蓄能水電站發(fā)電電動機(jī)電動工況啟動回路中接3組限流電抗器，限流電抗器布置于主變及開關(guān)室管道層1#2#，3#4#主變室之間的電抗器室內(nèi)，分別通過離相封閉母線T接到1＃、3＃機(jī)主母線上(包括在輸入側(cè)限流電抗器和輸出側(cè)限流電抗器)等。
　　
　　2、安徽響水澗抽水蓄能水電站發(fā)電電動機(jī)電動工況啟動回路中的輸入電抗器2組6只、輸出電抗器1組3只直流電抗器2臺，分別布置于主變洞高程-29.10m SFC室、高程-36.60m的SFC變壓器室、1#2#機(jī)間、3#4#機(jī)間電抗器室及1#、2#高壓廠變室內(nèi)，分別通過離相封閉母線T接到1#2#、3#4#機(jī)主母線上等。
　　
　　3、福建仙游抽水蓄能水電站發(fā)電電動機(jī)電動工況啟動的輸入電抗器、直流平波電抗器，在1#和4#機(jī)主回路通過分支母線與SFC輸入電抗器連接等。
　　4、三峽左岸及右岸水輪發(fā)電機(jī)組500kV升壓變中性點(diǎn)電抗器接地等。
　　5、三峽地電500kV并聯(lián)電抗器，布置在高程151.5m地面升壓站并聯(lián)電抗器布置室內(nèi)，三相并聯(lián)電抗器連接成星形，中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地。
　　6、向家壩左岸及右岸水電站500kV升壓變壓器中性點(diǎn)經(jīng)702kVA電抗器接地。
　　7、金沙江觀音巖水電站500kV敞開式出線站線路通信電抗器(阻波器)，用以阻擋載波信號，使之進(jìn)入接收設(shè)備等。
　　8、青海黃河黃豐水電站、大河家水電站330kV 升壓變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地。
　　9、苗家壩水電站330kV升壓變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗器接地。
　　10、新疆和田波波娜水電站水輪發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)消弧線圈、發(fā)電機(jī)高壓出口柜和廠用電10kV高壓開關(guān)柜串聯(lián)的電抗器等。
　　
      五、結(jié)論
　　隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的發(fā)電廠、變電站也應(yīng)運(yùn)而生。而電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此為電網(wǎng)提供能源的源頭――發(fā)電廠、水電站是否穩(wěn)定和安全也顯得極其關(guān)鍵，電抗器作為發(fā)電廠、水電站及變電站的主要電氣設(shè)備，其制造、技術(shù)、安裝及運(yùn)行質(zhì)量直接影響到電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此，電抗器在電力系統(tǒng)中不可或缺，其保護(hù)作用也顯得尤為重要和突出。