鐵心串聯電抗器與空心串聯電抗器優缺點區別比較

    鐵心串聯電抗器與空心串聯電抗器優缺點區別比較
    隨著電力系統的高速發展, 作為保護和調節、穩定系統的主要設備——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、經環氧樹脂一次固化成形, 具有免維護、高可靠性、無污染、難燃防火及壽命終結后可回收利用等優點, 逐漸取代了傳統的水泥電抗器和油浸式電抗器。在油田變電所、燃氣電站、城市負荷中心等領域獲得廣泛應用。

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

    電抗器是一種電感元件, 按照用途分類, 主要包括并聯電抗器、串聯電抗器、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。空心串聯電抗器是主要應用于除消弧線圈以外的其它類型電抗器。

    1. 工藝結構
    鐵心串聯電抗器結構與變壓器類似, 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, 如果設計不合理會導致線圈產生較大附加損耗和較高的局部溫升, 嚴重時會對產品的安全性和壽命產生影響。

    空心串聯電抗器只有一個單獨的經環氧樹脂浸澤的線圈, 多并聯支路結構, 其磁路為空氣。線圈一般為鋁線繞組。

    鐵心串聯電抗器的線圈工藝要求高, 制造技術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氣泡數量的有效控制。空心串聯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部存在氣泡。但是由于空心串聯電抗器的線圈繞組通常全部為并聯結構,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重后果。

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

    3.電抗值
    由于鐵心串聯電抗器的主磁路由導磁率較高的硅鋼片材料構成, 當磁密較高時鐵心會飽和并導致電抗值變小; 但是國標中特別要求鐵心串聯電抗器在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%。而空心串聯電抗器的磁路由空氣構成, 不存在飽和現象, 電抗值總是保持不變。因此如果對某種電抗器的電抗值穩定性要求較高, 應該盡可能選用空心產品。限流電抗器產品, 如果選擇鐵心產品則必須保證鐵心串聯電抗器在系統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, 導致成本會大幅度上升。

    4.噪聲
    鐵心串聯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生的振動, 使得鐵心產品的噪音較空心產品高。為了降低噪聲, 鐵心串聯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產品的噪聲基本可以控制在60dB以下。空心產品為一個經樹脂浸潤, 后整體固化的線圈, 由于其沒有鐵心、連接部件少、結構整體性好, 因此噪聲比同容量的鐵心產品要低。

    5.磁污染及安裝環境
    鐵心串聯電抗器,由于鐵心的存在使得絕大數多磁力線被控制在鐵心中,漏磁少,一般不會對周圍產生電磁污染,不會影響一些控制設備的正常工作。但是空心產品其無閉合磁回路,磁場發散嚴重, 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電抗器安裝于封閉的金屬外殼內。

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

    6.常見故障
    鐵心串聯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計不合理引起的局部溫升過高。

    空心串聯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。

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

    7.結語
    鐵心串聯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, 非常不經濟。空心產品為多支路并聯結構, 其可以達到110kV電壓等級。雖然鐵芯電抗器的一次性投人較高, 但鐵心串聯電抗器的事故、故障率明顯低于空心產品, 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點。鐵心串聯電抗器的綜合運行成本優于空心串聯電抗器。

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