鐵心串聯(lián)電抗器與空心串聯(lián)電抗器優(yōu)缺點區(qū)別比較

    鐵心串聯(lián)電抗器與空心串聯(lián)電抗器優(yōu)缺點區(qū)別比較
    隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展, 作為保護(hù)和調(diào)節(jié)、穩(wěn)定系統(tǒng)的主要設(shè)備——電抗器, 被越來越廣泛地運用。由于干式電抗器不含油, 線圈繞組為玻璃纖維加強、經(jīng)環(huán)氧樹脂一次固化成形, 具有免維護(hù)、高可靠性、無污染、難燃防火及壽命終結(jié)后可回收利用等優(yōu)點, 逐漸取代了傳統(tǒng)的水泥電抗器和油浸式電抗器。在油田變電所、燃?xì)怆娬尽⒊鞘胸?fù)荷中心等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

    在樹脂絕緣干式電抗器中, 樹脂絕緣干式空心串聯(lián)電抗器( 以下簡稱空心串聯(lián)電抗器) 與樹脂絕緣干式鐵心串聯(lián)電抗器( 以下簡稱鐵心串聯(lián)電抗器) 的性能差異較大, 本文就此進(jìn)行分析說明。

    電抗器是一種電感元件, 按照用途分類, 主要包括并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電抗器、限流電抗器、濾波電抗器、阻尼電抗器、平波電抗器、消弧線圈及其它特殊用途電抗器。鐵心串聯(lián)電抗器是主要用于除限流電抗器以外的其它類型電抗器。空心串聯(lián)電抗器是主要應(yīng)用于除消弧線圈以外的其它類型電抗器。

    1. 工藝結(jié)構(gòu)
    鐵心串聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)與變壓器類似, 但只有一個勵磁線圈, 鐵心由若干鐵心餅和氣隙材料間隔交錯壘疊, 線圈一般使用銅線繞制, 然后在真空條件下使用樹脂澆注成一整體。由于鐵心存在較多氣隙, 在氣隙周邊位置的磁場存在邊緣效應(yīng), 如果設(shè)計不合理會導(dǎo)致線圈產(chǎn)生較大附加損耗和較高的局部溫升, 嚴(yán)重時會對產(chǎn)品的安全性和壽命產(chǎn)生影響。

    空心串聯(lián)電抗器只有一個單獨的經(jīng)環(huán)氧樹脂浸澤的線圈, 多并聯(lián)支路結(jié)構(gòu), 其磁路為空氣。線圈一般為鋁線繞組。

    鐵心串聯(lián)電抗器的線圈工藝要求高, 制造技術(shù)由干式變壓器演變而來, 較成熟, 特別是真空澆注保證了對線圈內(nèi)氣泡數(shù)量的有效控制。空心串聯(lián)電抗器的線圈為常壓下浸潤樹脂, 不可避免地在線圈繞制內(nèi)部存在氣泡。但是由于空心串聯(lián)電抗器的線圈繞組通常全部為并聯(lián)結(jié)構(gòu),層間電壓幾乎為零, 只存在較小的匝間電壓, 線圈中氣泡局放問題一般并不會造成嚴(yán)重后果。

    2.損耗
    鐵心串聯(lián)電抗器比空心串聯(lián)電抗器在低損耗方面有較大的優(yōu)勢。例如常規(guī)產(chǎn)品鐵心串聯(lián)電抗器的損耗只是同容量空心串聯(lián)電抗器損耗的1/3左右。表1為一些串聯(lián)電抗器的典型容量產(chǎn)品國家規(guī)定損耗值的對比。

    3.電抗值
    由于鐵心串聯(lián)電抗器的主磁路由導(dǎo)磁率較高的硅鋼片材料構(gòu)成, 當(dāng)磁密較高時鐵心會飽和并導(dǎo)致電抗值變小; 但是國標(biāo)中特別要求鐵心串聯(lián)電抗器在1.8 倍工頻額定電流下電抗值與額定電抗值偏差不超過一5%。而空心串聯(lián)電抗器的磁路由空氣構(gòu)成, 不存在飽和現(xiàn)象, 電抗值總是保持不變。因此如果對某種電抗器的電抗值穩(wěn)定性要求較高, 應(yīng)該盡可能選用空心產(chǎn)品。限流電抗器產(chǎn)品, 如果選擇鐵心產(chǎn)品則必須保證鐵心串聯(lián)電抗器在系統(tǒng)短路時具有較高的阻抗值, 即鐵心不能完全飽和。這樣鐵心磁密選取必須很低, 導(dǎo)致成本會大幅度上升。

    4.噪聲
    鐵心串聯(lián)電抗器由于硅鋼片的磁伸縮引起的鐵心振動, 鐵餅之間、鐵餅與上下鐵扼之間的電磁吸力的周期變化產(chǎn)生的振動, 使得鐵心產(chǎn)品的噪音較空心產(chǎn)品高。為了降低噪聲, 鐵心串聯(lián)電抗器的磁密選取一般比同容量變壓器的磁密要低一些。目前, 由于電抗器制造水平的提高, 單臺容量小于l000kvar產(chǎn)品的噪聲基本可以控制在60dB以下。空心產(chǎn)品為一個經(jīng)樹脂浸潤, 后整體固化的線圈, 由于其沒有鐵心、連接部件少、結(jié)構(gòu)整體性好, 因此噪聲比同容量的鐵心產(chǎn)品要低。

    5.磁污染及安裝環(huán)境
    鐵心串聯(lián)電抗器,由于鐵心的存在使得絕大數(shù)多磁力線被控制在鐵心中,漏磁少,一般不會對周圍產(chǎn)生電磁污染,不會影響一些控制設(shè)備的正常工作。但是空心產(chǎn)品其無閉合磁回路,磁場發(fā)散嚴(yán)重, 對周圍有較強的電磁污染。一般在1.7倍電抗器線圈外徑范圍內(nèi)不允許有金屬閉合回路, 不允許安裝金屬柵欄。絕不允許將空心串聯(lián)電抗器安裝于封閉的金屬外殼內(nèi)。

    由于空心串聯(lián)電抗器對外界磁場干擾嚴(yán)重,對電子產(chǎn)品影響較大,需遠(yuǎn)離居民區(qū)、高層建筑, 特別是電子產(chǎn)品使用較多的控制中心。鐵心串聯(lián)電抗器占地面積小,對周圍環(huán)境沒有太大影響, 適用于高層建筑、負(fù)荷中心、人員密集和安全性能要求較高的場合。一般安裝于戶內(nèi), 配外殼后可安裝于戶外, 安裝簡便, 可靠性高。空心產(chǎn)品占地面積大, 一般為鐵心產(chǎn)品的2-3倍, 大容量產(chǎn)品一般安裝于戶外。

    6.常見故障
    鐵心串聯(lián)電抗器運行故障多為運行中振動大, 引起緊固件松動、噪聲偏大, 一般只需對緊固件再次擰緊即可。另外還有鐵心氣隙分布設(shè)計不合理引起的局部溫升過高。

    空心串聯(lián)電抗器運行故障主要是線圈匝間絕緣擊穿, 造成的匝間短路。其主要原因是局部溫升過高致使, 絕緣損壞擊穿、局部放電電弧燒毀、線圈被雨淋時包封表面爬電、過電壓等。

    鐵心串聯(lián)電抗器可以進(jìn)行分解檢修, 只更換損壞的部件, 而空心串聯(lián)電抗器如果線圈包封內(nèi)部出現(xiàn)故障,通常無法修復(fù), 只能整體報廢。鐵心串聯(lián)電抗器的故障率遠(yuǎn)小于空心串聯(lián)電抗器, 具有較高的可靠性。

    7.結(jié)語
    鐵心串聯(lián)電抗器一般只能做到35kV電壓等級, 如果電壓再升高, 則成本會大幅度增加, 非常不經(jīng)濟。空心產(chǎn)品為多支路并聯(lián)結(jié)構(gòu), 其可以達(dá)到110kV電壓等級。雖然鐵芯電抗器的一次性投人較高, 但鐵心串聯(lián)電抗器的事故、故障率明顯低于空心產(chǎn)品, 具有可靠性高、占地面積小、損耗小、可長期運行和成本低等優(yōu)點。鐵心串聯(lián)電抗器的綜合運行成本優(yōu)于空心串聯(lián)電抗器。

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