什么是電抗器

分類：技術(shù)中心 1958人瀏覽 2020-09-15

電抗器也叫電感器，一個導(dǎo)體通電時就會在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場，所以所有能載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。然而通電長直導(dǎo)體的電感較小，所產(chǎn)生的磁場不強，因此實際的電抗器是導(dǎo)線繞成螺線管形式，稱空心電抗器；有時為了讓這只螺線管具有更大的電感，便在螺線管中插入鐵心，稱鐵心電抗器。電抗分為感抗和容抗，比較科學(xué)的歸類是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統(tǒng)稱為電抗器，然而由于過去先有了電感器，并且被稱為電抗器，所以現(xiàn)在人們所說的電容器就是容抗器，而電抗器專指電感器。

分類
按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)、按接法、按功能、按用途進行分類。
1、按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)：分為空心式、鐵心式、干式、油浸式等，例如：干式空心電抗器、干式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器、水泥電抗器等。
2、按接法：分為并聯(lián)電抗器和串聯(lián)電抗器。
3、按功能：分為限流和補償。
4、按用途：按具體用途細分，例如：限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數(shù)補償電抗器、串聯(lián)電抗器、平衡電抗器、接地電抗器、消弧線圈、進線電抗器、出線電抗器、飽和電抗器、自飽和電抗器、可變電抗器（可調(diào)電抗器、可控電抗器）、軛流電抗器、串聯(lián)諧振電抗器、并聯(lián)諧振電抗器等。

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?？梢酝ㄟ^調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整運行電壓。超高壓并聯(lián)電抗器有改善電力系統(tǒng)無功功率有關(guān)運行狀況的多種功能，主要包括：

1、輕空載或輕負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)電機同期并列；

5、防止發(fā)電機帶長線路可能出現(xiàn)的自勵磁諧振現(xiàn)象；

6、當采用電抗器中性點經(jīng)小電抗接地裝置時，還可用小電抗器補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。

電抗器的接線分串聯(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)常用于無功補償。

1、半芯干式并聯(lián)電抗器：在超高壓遠距離輸電系統(tǒng)中，連接于變壓器的三次線圈上。用于補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，保證線路可靠運行。

2、半芯干式串聯(lián)電抗器：安裝在電容器回路中，在電容器回路投入時起。

電抗器的限流和濾波作用：
電網(wǎng)容量的擴大，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，保護電力設(shè)備，必須安裝電抗器，電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。

在電容器回路安裝阻尼電抗器（即串聯(lián)電抗器），電容器回路投入時起抑制涌流的作用。同時與電容器組一起組成諧波回路，起各次諧波的濾波作用。如在500kV變電所35kV無功補償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器時的涌流和抑制電力系統(tǒng)的高次諧波，在35kV電容器回路中必須安裝阻尼電抗器，抑制3次諧波時，采用額定電壓35kV，額定電感量26.2mH，額定電流350A干式空心單相戶外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對3次諧波形成諧振回路，即3次諧波濾波回路。

同樣，為了抑制5次及以上高次諧波，采用了額定電壓35kV，額定電感量9.2mH，額定電流382A單相戶外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對5次及以上高次諧波形成諧振回路。起到了抑制高次諧波的作用，需要說明的是，在國家標準《電抗器》GB10229—88和IEC289—88國際標準中均對阻尼電抗器的使用和技術(shù)條件作了規(guī)定。但國內(nèi)有些部門將阻尼電抗器稱為串聯(lián)電抗器，嚴格來講是不合適的，因為上述標準中均沒有串聯(lián)電抗器這個名稱。

應(yīng)用
并聯(lián)電抗器：發(fā)電機滿負載試驗用的電抗器是并聯(lián)電抗器的雛型。
鐵心式電抗器由于分段鐵心餅之間存在著交變磁場的吸引力，因此噪音一般要比同容量變壓器高出10dB左右。并聯(lián)電抗器里面通過的交流，并聯(lián)電抗器的作用是補償系統(tǒng)的容抗。通常與晶閘管串聯(lián)，可連續(xù)調(diào)節(jié)電抗電流。

串聯(lián)電抗器：里面通過的是交流，串聯(lián)電抗器的作用是與補償電容器串聯(lián)，對穩(wěn)態(tài)性諧波（5、7、11、13次）構(gòu)成串聯(lián)諧振。通常有5~6%電抗器，屬于高感值電抗器。

調(diào)諧電抗器：里面通過的是交流電，串聯(lián)電抗器的作用是與電容器串聯(lián)，對規(guī)定的n次諧波分量構(gòu)成串聯(lián)諧振，從而吸收該諧波分量，通常n=5、7、11、13、19。

進線電抗器：亦稱換相電抗器，用于電網(wǎng)進線中，通過的是交流電流，進線電抗器的作用是限制變流器換相時電網(wǎng)側(cè)的壓降和晶閘管的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt，以及并聯(lián)變流器組的解耦。

限流電抗器：限流電抗器一般用于配電線路。從同一母線引出的分支饋線上往往串有限流電抗器，以限制饋線的短路電流，并維持母線電壓，不致因饋線短路而致過低。

阻尼電抗器：（通常也稱串聯(lián)電抗器）與電容器組或密集型電容器相串聯(lián)，
用以限制電容器的合閘涌流。這一點，作用與限流電抗器相類似濾波電抗器濾波電抗器與濾波電容器串聯(lián)組成諧振濾波器，一般用于3次至17次的諧振濾波或更高次的高通濾波。直流輸電線路的換流站、相控型靜止補償裝置、中大型整流裝置、電氣化鐵道，以至于所有大功率晶閘管控制的電力電子電路都是諧波電流源，必須加以濾除，不讓其進入系統(tǒng)。電力部門對于電力系統(tǒng)中的諧波有具體規(guī)定。

消弧線圈：消弧線圈廣泛用于10kV-63kV級的諧振接地系統(tǒng)。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。

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。直流供電的晶閘管電氣傳動中，平波電抗器也是不可少的。

平波電抗器在整流電路中是個重要元件，在中頻電源中主要作用是：
1、限制短路電流，（逆變晶閘管換相時同時導(dǎo)通相當于整流橋負載直接短路）沒有電抗器就直接短路。

2、抑制中頻分量對工頻電網(wǎng)的影響。

3、濾波作用（整流電流帶有交流成分；高頻交流不易通過大電感）使
整流輸出波形連續(xù)，如不連續(xù)，就會出現(xiàn)電流為零的時間，這時逆變橋停止工作，造成整流橋開路的現(xiàn)象。

4、并聯(lián)逆變電路的輸入功率有無功分量的吞吐，逆變橋的輸入電路中必定有儲能的元件電抗器。

直流控制的飽和電抗器：串在電路中的扼流式或自飽和飽和電抗器，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。
電氣回路的主要組成部分有電阻、電容和電感.電感具有抑制電流變化的作用,并能使交流電移相.把具有電感作用的繞線式的靜止感應(yīng)裝置稱為電抗器。

連線方式
ABCXYZ六個端子，可以將ABC作為電抗器進線端，XYZ作為電抗器出線端；也可以將XYZ作為電抗器進線端，ABC作為電抗器出線端。這沒有什么具體的進線、出線的順序要求，怎么接都行，對變頻器不會有影響。只是注意一點：ABC、XYZ這兩套端子，接線時不能互相交叉。

特點
進線電抗器
1、該進線電抗器為三相，均為鐵芯干式；

2、鐵芯采用優(yōu)質(zhì)低損耗進口冷軋硅鋼片，
氣隙采用環(huán)氧層壓玻璃布板作間隔，以保證電抗器氣隙在運行過程中不發(fā)生變化；

3、線圈采用H級漆包扁銅線繞制，排列緊密且均勻，外表不包絕緣層，且有極佳的美感且有較好的散熱性能；

4、進線電抗器的線圈和鐵芯組裝成一體后經(jīng)過預(yù)烘→真空浸漆→熱烘固化這一工藝流程，采用H級浸漬漆，使電抗器的線圈和鐵芯牢固地結(jié)合在一起，不但大大減小了運行時的噪音，而且具有極高的耐熱等級，可確保電抗器在高溫下亦能安全地無噪音地運行；

5、進線電抗器芯柱部分緊固件采用無磁性材料，減少運行時的渦流發(fā)熱現(xiàn)象；

6、外露部件均采取了防腐蝕處理，引出端子采用鍍錫銅管端子；

7、該進線電抗器與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比具有體積小、重量輕、外觀美等優(yōu)點，可與國外知名品牌相媲美。

輸出電抗器
輸出電抗器亦稱馬達電抗器，它的作用是限制電機連接電纜的容性充電電流及使電機繞組上的電壓上升率限制在54OV/us以內(nèi)，一般功率為4-90KW變頻器與電機間的電纜長度超過50m時，應(yīng)設(shè)置輸出電抗器，它還用于鈍化變頻器輸出電壓(開關(guān)的陡度)，減少對逆變器中的元件(如IGBT)的擾動和沖擊。輸出電抗器主要應(yīng)用于工業(yè)自動化系統(tǒng)工程中，特別是使用變頻器的場合，用于延長變頻器的有效傳輸距離，有效抑制變頻器的IGBT模塊開關(guān)時產(chǎn)生的瞬間高壓。

輸出電抗器的使用說明：為了增加變頻器到電機之間的距離可以適當加粗電纜，增加電纜的絕緣強度，盡量選用非屏蔽電纜。

輸出電抗器的特點：
1、適用于無功補償和諧波的治理；

2、輸出電抗器主要作用是補償長線分布電容的影響，抑制輸出諧波電流；

3、有效地保護變頻器和改善功率因數(shù)，能阻止來自電網(wǎng)的干擾，減少整流單元產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染。

輸入電抗器
輸入電抗器的作用是限制變流器換相時電網(wǎng)側(cè)的電壓降；抑制諧波以及并聯(lián)變流器組的解耦；限制電網(wǎng)電壓的跳躍或電網(wǎng)系統(tǒng)操作時所產(chǎn)生的電流沖擊。當電網(wǎng)短路容量與變流器變頻器容量比大于33:1時，輸入電抗器的相對電壓降，對單象限工作為2%，四象限為4%。當電網(wǎng)短路電壓大于6%時，允許輸入電抗器運行。對于12脈動整流單元，至少需要一相對電壓降為2%的網(wǎng)側(cè)進線電抗器。輸入電抗器主要應(yīng)用于工業(yè)/工廠自動化控制系統(tǒng)中，安裝在變頻器、調(diào)速器與電網(wǎng)電源輸入電抗器之間，用于抑制變頻器、調(diào)速器等產(chǎn)生的浪涌電壓和電流，最大限度的衰減系統(tǒng)中的高次諧波及畸變諧波。

輸入電抗器的特點：
1、適用于無功功率補償和諧波的治理；

2、輸入電抗器用來限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊；對諧波起濾波作用，以抑制電網(wǎng)電壓波形畸變；

3、平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖，平滑橋式整流電路換相時產(chǎn)生的電壓缺陷。

其他類型
CRT 作為一種重要的可控電抗器類型，對其分類的研究尚無文獻報道。近些年的研究主要集中在控制繞組的結(jié)構(gòu)形式及控制方式的方面，筆者根據(jù)控制繞組的結(jié)構(gòu)不同將 CRT 分為單控制繞組型、多控制繞組型、多并聯(lián)支路型、控制繞組分級式。

1 單控制繞組型電抗器
單控制繞組型只有一個控制繞組 (單相)，考慮諧波抑制目的，增加一個第三繞組。隨著晶閘管觸發(fā)角的變化，電抗器的功率也隨之變化，由于晶閘管的不完全導(dǎo)通，將向CRT 注入諧波。 W3 為諧波抑制繞組，多個 LC 濾波器與其并聯(lián)，用來抑制電抗器運行中產(chǎn)生的 3、5、7等各次諧波，每個 LC 支路對相應(yīng)次數(shù)的諧波產(chǎn)生諧振，呈現(xiàn)很低的純電阻性阻抗。如果將 W3 置于W1 與 W2 之間時，將獲得很小，甚至為零的等效電抗，這時諧波電流將不會流入 W1，達到諧波抑制效果。這種 CRT 的工作繞組與控制繞組間短路阻抗達到 100%，它的諧波補償繞組連接 LC 濾波器，連結(jié)成三相三角形。諧波含量低至 2%～3%。在印度輸電系統(tǒng)中投入使用的 CRT 就是這種結(jié)構(gòu)形式。單控制繞組型 CRT 主要有兩個優(yōu)點：一是高速響應(yīng)，尤其對比磁控式電抗器；二是低諧波，在CRT 結(jié)構(gòu)上增加帶濾波器的第三繞組，相對于 BBC的 CRT 高壓側(cè)安裝的濾波裝置，不但成本經(jīng)濟而且效果更好。當然這種 CRT 也存在一些缺點，一是高低壓兩個繞組導(dǎo)致增大造價，二是降壓后的工作電流按變比增大并全部通過晶閘管，必須象直流閥站那樣設(shè)置相應(yīng)的散熱控制裝置，占地和運行維護工作量大。對于早期 BBC 的 CRT，鐵心損耗較大是主要缺陷之一。研究表明，通過改進 CRT 磁路結(jié)構(gòu)，在線圈頂部設(shè)置硅鋼磁卷或使磁軛寬度覆蓋全部繞組，將漏磁通收集和導(dǎo)引到磁軛之中，可以顯著降低電抗器的損耗。

這種結(jié)構(gòu)的 CRT 不但被用于輸電系統(tǒng)中，還可用于配電網(wǎng)中性點接地自動滅弧系統(tǒng)，略有不同的是不帶有第三繞組。由其組成的快速自動消弧系統(tǒng)具有伏安特性線性度優(yōu)良、響應(yīng)快、電流由零到額定值都能無級連續(xù)調(diào)節(jié)、補償效果好、對系統(tǒng)適應(yīng)性強等優(yōu)點。

2 多控制繞組電抗器
針對 BBC 的 CRT 存在的諧波較大的主要缺點，俄羅斯專家 G. N. Aleksandrov 在深入研究后，提出了多控制繞組 CRT 的基本原理。 CRT 實質(zhì)上相當于高短路阻抗的多繞組變壓器。 W1 為高壓工作繞組，W21、W22、……、W2n 為低壓控制繞組，各個控制繞組中串接反并聯(lián)晶閘管，每個 CW 的額定功率是電抗器總額定功率的一部分，主要根據(jù)電網(wǎng)諧波要求而定。當?shù)?i 個控制繞組投入工作時，第 1、2、…、i-1 個控制繞組均工作于短路狀態(tài)，第 i+1、i+2、…、n 個控制繞組均工作于開路狀態(tài)，可以認為其中沒有諧波電流存在，這樣，工作繞組中的電流諧波只由第 i 個控制繞組的晶閘管的導(dǎo)通程度決定，因此，當依次把控制繞組投入工作并正確控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時，CRT 的功率就可從空載功率到額定功率連續(xù)自動變化，而且滿足諧波的要求，必要時控制繞組還要串入限流電抗器。這樣，CRT 不僅繼承了單控制繞組型 CRT 響應(yīng)速度快的特點，而且具有通過設(shè)計控制繞組個數(shù)和容量，達到減小諧波的優(yōu)點。

3 多并聯(lián)支路型電抗器
多并聯(lián)支路型 CRT 中繞組 W1 為電抗器的高壓繞組，并接在高壓電網(wǎng)上；繞組 W2 為低壓控制繞組，外接 n 個通過雙向反并聯(lián)晶閘管控制的并聯(lián)電抗支路。多并聯(lián)支路的作用是將高次諧波電流抑制到預(yù)定水平以下而無需濾波裝置。在對諧波有特殊要求時，也可增加第三繞組為諧波補償繞組，在三相三角形接線中用以抑止 3 及 3 的倍數(shù)次諧波。并聯(lián) CRT 是多繞組 CRT 的一種變形結(jié)構(gòu)，兩者具有極為相似的阻抗矩陣，多繞組 CRT 的設(shè)計原則同樣適用。在滿足諧波水平要求的前提下，多并聯(lián)支路型 CRT 有多種工作模式可供選擇。分析表明，CRT 主繞組和控制繞組之間的短路阻抗的減小可以簡化設(shè)計和提高效率。多并聯(lián)支路型 CRT具有響應(yīng)速度快、諧波可控、晶閘管工作電壓低、繞組結(jié)構(gòu)簡單等特點。

4 控制繞組分級式電抗器
分級式 CRT 通過抽頭可將CRT 電抗分成 n 份，每一等份電抗由雙向晶閘管和斷路器并聯(lián)組成的復(fù)合開關(guān)控制投入和切除，對應(yīng)控制多組輸出容量，實現(xiàn)容量調(diào)節(jié)。高低壓繞組間短路阻抗同樣為 100%。 L1、L2、L3 為低壓側(cè)電抗，由雙向晶閘管和斷路器控制其投退，分別控制 100%級、75%級、50%級的電抗器容量。如果開關(guān)控制僅使用斷路器，則電抗器不能連續(xù)可調(diào)，若采用晶閘管控制，則電抗器可連續(xù)控制，但存在諧波問題

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