什么是電抗器

分類：技術(shù)中心 2244人瀏覽 2020-09-15

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電抗器也叫電感器，一個(gè)導(dǎo)體通電時(shí)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(qiáng)，因此實(shí)際的電抗器是導(dǎo)線繞成螺線管形式，稱空心電抗器；有時(shí)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(jìn)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(bǔ)償。
4、按用途：按具體用途細(xì)分，例如：限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數(shù)補(bǔ)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(jìn)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。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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(bǔ)償。

1、半芯干式并聯(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、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(shí)起。

電抗器的限流和濾波作用：
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(shí)起抑制涌流的作用。同時(shí)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(bǔ)償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器時(shí)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(shí)，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(biāo)準(zhǔn)《電抗器》GB10229—88和IEC289—88國際標(biāo)準(zhǔn)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(yán)格來講是不合適的，因?yàn)樯鲜鰳?biāo)準(zhǔn)中均沒有串聯(lián)電抗器這個(gè)名稱。

應(yīng)用
并聯(lián)電抗器：發(fā)電機(jī)滿負(fù)載試驗(yàn)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(bǔ)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(bǔ)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(jìn)線電抗器：亦稱換相電抗器，用于電網(wǎng)進(jìn)線中，通過的是交流電流，進(jìn)線電抗器的作用是限制變流器換相時(shí)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(diǎn)，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(bǔ)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(jìn)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(gè)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(shí)同時(shí)導(dǎo)通相當(dāng)于整流橋負(fù)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(shí)間，這時(shí)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(dá)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(gè)端子，可以將ABC作為電抗器進(jìn)線端，XYZ作為電抗器出線端；也可以將XYZ作為電抗器進(jìn)線端，ABC作為電抗器出線端。這沒有什么具體的進(jìn)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(diǎn)：ABC、XYZ這兩套端子，接線時(shí)不能互相交叉。

特點(diǎn)
進(jìn)線電抗器
1、該進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)行時(shí)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?zé)o噪音地運(yùn)行；

5、進(jìn)線電抗器芯柱部分緊固件采用無磁性材料，減少運(yùn)行時(shí)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(jìn)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(diǎn)，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(dá)電抗器，它的作用是限制電機(jī)連接電纜的容性充電電流及使電機(jī)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(jī)間的電纜長度超過50m時(shí)，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(shí)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(jī)之間的距離可以適當(dāng)加粗電纜，增加電纜的絕緣強(qiáng)度，盡量選用非屏蔽電纜。

輸出電抗器的特點(diǎn)：
1、適用于無功補(bǔ)償和諧波的治理；

2、輸出電抗器主要作用是補(bǔ)償長線分布電容的影響，抑制輸出諧波電流；

3、有效地保護(hù)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(shí)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(shí)所產(chǎn)生的電流沖擊。當(dāng)電網(wǎng)短路容量與變流器變頻器容量比大于33:1時(shí)，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(dāng)電網(wǎng)短路電壓大于6%時(shí)，允許輸入電抗器運(yùn)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(jìn)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(diǎn)：
1、適用于無功功率補(bǔ)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(shí)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(xiàn)報(bào)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(gè)控制繞組 (單相)，考慮諧波抑制目的，增加一個(gè)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(gè) LC 濾波器與其并聯(lián)，用來抑制電抗器運(yùn)行中產(chǎn)生的 3、5、7等各次諧波，每個(gè) 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(shí)，將獲得很小，甚至為零的等效電抗，這時(shí)諧波電流將不會流入 W1，達(dá)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(dá)到 100%，它的諧波補(bǔ)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(jì)而且效果更好。當(dāng)然這種 CRT 也存在一些缺點(diǎn)，一是高低壓兩個(gè)繞組導(dǎo)致增大造價(jià)，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(yùn)行維護(hù)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(jìn) 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(diǎn)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(bǔ)償效果好、對系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

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(diǎn)，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(shí)質(zhì)上相當(dāng)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(gè)控制繞組中串接反并聯(lián)晶閘管，每個(gè) 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(dāng)?shù)?i 個(gè)控制繞組投入工作時(shí)，第 1、2、…、i-1 個(gè)控制繞組均工作于短路狀態(tài)，第 i+1、i+2、…、n 個(gè)控制繞組均工作于開路狀態(tài)，可以認(rèn)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(gè)控制繞組的晶閘管的導(dǎo)通程度決定，因此，當(dāng)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(shí)，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(shí)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(diǎn)，而且具有通過設(shè)計(jì)控制繞組個(gè)數(shù)和容量，達(dá)到減小諧波的優(yōu)點(diǎn)。

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(gè)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(shí)，也可增加第三繞組為諧波補(bǔ)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(jì)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(jì)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(diǎn)。

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(shí)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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