并联电抗器可分为容量不变(非可控)的线性并联电抗器和容量可调节的可控并联电抗器两类。线性并联电抗器按绝缘和冷却介质,分为油浸式、干式、空芯式线性并联电抗器。按额定电压不同,可分超高压、特高压并联电抗器,接在主变压器第三绕组上的并联电抗器或接在高、中压母线上的高、中压并联电抗器。
并联电抗器
并联接于电网中,用以补偿容性无功功率的电抗器。
- 英文名称
- shunt reactor
- 所属学科
- 电气工程
可以制成各种电压等级和满足不同的容量要求。超、特高压和大容量的电抗器一般做成单相式,高、中压电抗器则一般做成三相式。结构上分为带气隙的铁芯式(图1a)和绕组内部没有铁芯的空芯壳式(图1b)。带气隙的铁芯由硅钢片叠成的铁芯饼组装而成,饼间用弹性模数很高的硬质垫块(通常用陶瓷或石质小圆柱)同铁饼黏结而形成气隙。大容量电抗器的铁芯饼多采用扇形叠片组装的径向辐射型式,以防止向外扩散的部分磁通垂直进入叠片而引起涡流过热(图1c、图1d)。超高压大容量的电抗器多采用纠结式绕组,绕组与铁芯间装设若干层铝箔静电围屏。中压大容量的电抗器多采用由多换位导线绕制的多层螺旋形绕组。有的电抗器在边柱上增加一个二次绕组,可以输出一定的电量,称为带有抽能绕组的电抗器。空芯壳式电抗器的绕组端部设置了铁轭,并有边柱或磁屏蔽以收集和导引磁通。这种电抗器的制造相对简单,振动和噪声小,漏磁和附加损耗小,但磁通密度低,用铜量和体积大。
特点与干式变压器相同,铁芯和绕组不浸在油中,用树脂绕注成型,这种无油装置由于能避免着火爆炸而成为变电站内推广应用的无油产品。
空芯电感线圈,既无铁芯,又无铁轭和边柱,由若干层直径和匝数均不同的并联分流线圈包组成。每一线圈包由多股导线绕制的单层螺旋形线圈经环氧树脂浸渍的连续玻璃丝带包扎,并在硬化后形成一个密封整体。各线圈包用环氧玻璃丝带绑扎或用机械夹紧的方法同心地固定在上下两个铝制星形接线板间,各线圈包间用聚酯浸渍的玻璃纤维垫条隔开,形成冷却风道。每一线圈包的两个导线端子分别与上下接线板焊接。电抗器的紧固方式一般有两种,一是采用水泥浇铸,又称水泥电抗器,另一种是采用环氧树脂夹固或用环氧树脂浇铸。电抗器安装在具有支座绝缘子的支座上,支座及附件均由非磁性材料制成,以防漏磁引起局部过热。空芯电抗器做成单相型式,组成三相电抗器时有三种不同的排列方式,图2a为水泥电抗器的垂直排列方式,为了减少相间支撑瓷座的拉伸力,中间一相线圈的绕向与上下两相相反;图2b两相重叠和一相并列方式,重叠两相线圈的绕向相反,另一相的绕向与上面一相的绕向相同;图2c为水平排列,三相线圈的绕向相同。此外,安装时尚需满足相间距离的要求。现在可制造额定电压66千伏及以下的空芯电抗器。与油浸铁芯电抗器相比,空芯电抗器的结构简单,每千乏的重量较轻,维护工作量小,无火灾危险,而且由于无铁芯饼,振动和噪声相对较小。但是,小容量空芯电抗器的总损耗比铁芯的大,随着容量的增大,两者差别减小。同时,空芯电抗器的占地面积较大,电磁环境影响较大,抗环境污染能力(灰尘、盐雾等)以及耐老化性能不及油浸式电抗器。
主要有可控饱和并联电抗器(CSR)、自饱和并联电抗器(SR)、晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管控制变压器(TCT)。除CSR的响应时间较长外,其他静止补偿装置的动态响应时间极短,均在12毫秒以下,这是一大优点,但均有较大的谐波分量,需要设置专用的滤波装置。可控电抗器技术在中国发展很快。忻都500千伏可控电抗器于2006年投运,安装于中国山西省忻都开关站500千伏母线,为中国首套500千伏分级投切变压器型可控并联电抗器。荆州换流站500千伏可控电抗器于2007年投运,安装于湖北荆州500千伏换流变电站三右交流出线处,是中国首套500千伏磁控式可控并联电抗器。此外,应用于750千伏、1000千伏系统的可控电抗器也已研制成功。
实际电网中的无功功率随着潮流的大小而变动,以1千米的超高压长线路为例,则线路容性无功功率、感性无功功率
以及两者之差
为:
,
(1)
式中、
为每千米导线的正序电感和电容;
为相电压;波阻抗
;自然功率
;实际传输功率
;
为额定功率;
为导电电流;
为角频率。
超高压线路中一般最大传输功率,故
为容性,需用并联电抗器加以补偿,其容量
。上式表明,当传输小功率时,
,电抗器容量应有最大值
;当传输大功率时,
,
,电抗器应当全部退出,故随
的变化
应该在
的范围内相应的自动平滑变化,即电抗器应是可控的。中国超高压电抗器绝大多数都是非可控的,它始终接入电网而不予切除,在传输大功率时,这会造成线路电压降低和损耗增大等不利情况,随着超高压电网的迅速扩大,可控电抗器的采用乃是一种必然的发展趋势。