淺談電力系統中的電抗器應用分析

      摘 要：電抗器依靠線圈的感抗阻礙電流變化的電器，電力系統網中所采用的電抗器，實質上是一個無導磁材料的空心線圈，它可以根據需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統發生短路時，會產生數值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設備的動態穩定和熱穩定是非常困難的。

　　關鍵詞：電抗器限流；電力系統；電抗器應用；電抗器的分類；電抗器的作用；
　　
　　引言：在電力系統中，眾多水電站為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流，由于采用了電抗器，在發生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設備運行的穩定性。
　　
　　一、電抗器的分類
　　由于電網容量的擴大，使得系統短路容量的額定值迅速增大。如在500kV變電所的低壓35kV側， 最大的三相對稱短路電流有效值已經接近50kA。為了限制輸電線路的短路電流，保護電力設備，必須安裝電抗器，電抗器能夠減小短路電流和短路瞬間系統的電壓保持不變。電抗器按用途分為七種：
　　1、并聯電抗器：一般接在超高壓輸電線的末端和地之間，起無功補償作用。
　　2、起動電抗器：與電動機串聯，限制其起動電流。
　　3、消弧電抗器：又稱消弧線圈。接于三相變壓器的中性點與地之間，用以在三相電網的一相接地時供給電感性電流，以補償流過接地點的電容性電流，使電弧不易起燃，從而消除由于電弧多次重燃引起的過電壓。
　　4、通信電抗器：又稱阻波器。串聯在兼作通信線路用的輸電線路中，用以阻擋載波信號，使之進入接收設備。
　　5、電爐電抗器：與電爐變壓器串聯，限制其短路電流。
　　6、限流電抗器：串聯于電力電路中，以限制短路電流的數值。
　　7、濾波電抗器：用于整流電路中減少不平穩電流(竹流電流)上紋波的幅值，也可與電容器構成對某種頻率能發生共振的電路，以消除電力電路某次諧波的電壓或電流。
　　
　　二、電抗器的作用
　　電力系統中所采取的電抗器常見的有串聯電抗器和并聯電抗器。串聯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或并聯用來限制電網中的高次諧波。220kV、110kV、35kV、10kV電網中的電抗器是用來吸收電纜線路的充電容性無功的。可以通過調整并聯電抗器的數量來調整運行電壓。超高壓并聯電抗器有改善電力系統無功功率有關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，以降低工頻暫態過電壓。
　　（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）在大機組與系統并列時，降低高壓母線上工頻穩態電壓，便于發電機同期并列。
　　（5）防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象。
　　（6）當采用電抗器中性點經小電抗接地裝置時，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。
　　電抗器按接線可分為串聯和并聯兩種方式。串聯電抗器通常起限流作用，并聯電抗器經常用于無功補償和濾波。
　　(1) 并聯電抗器：在超高壓遠距離輸電系統中，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，限制系統電壓升高和操作過電壓，保證線路可靠運行。
　　(2) 串聯電抗器：安裝在電容器回路中，在電容器回路投入時起到抑制沖擊電流的作用，同時還與電容器組一起組成調諧回路，起特定的諧波濾除作用。
　　
　　三、電抗器使用期限的問題
　　電抗器在額定負載下長期正常運行的時間，就是所談的電抗器的使用期限。電抗器使用期限由制造它的材料所決定。制造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類。金屬材料耐高溫，而絕緣材料長期在較高的溫度、電場和磁場作用下，會逐漸失去原有的力學性能和絕緣性能，例如變脆、機械強度減弱、電擊穿。這個漸變的過程就是絕緣材料的老化。溫度愈高，絕緣材料的力學性能和絕緣性能減弱得越快；絕緣材料含水分愈多，老化也愈快。電抗器中的絕緣材料要承受電抗器運行產生的負荷和周圍環境的作用，這些負荷的總和、強度和作用時間決定絕緣材料的使用期限。
　 
　　四、電抗器的運用實例
　　隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，供電系統中增加了大量的非線性負載，如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業用交、直流變換裝置，特別是靜止變流器的采用，由于它是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形發生畸變，從而引起電網的多次諧波。 這不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網的經濟運行，形成了對電網的嚴重危害。因此電抗器在電力系統中被廣泛運用，其保護作用顯而易見，故在各大、中、小型水電站水輪發電機中性點、出線側、進線側均裝有各類型電抗器，如：
　　1、河北張河灣抽水蓄能水電站發電電動機電動工況啟動回路中接3組限流電抗器，限流電抗器布置于主變及開關室管道層1#2#，3#4#主變室之間的電抗器室內，分別通過離相封閉母線T接到1＃、3＃機主母線上(包括在輸入側限流電抗器和輸出側限流電抗器)等。
　　
　　2、安徽響水澗抽水蓄能水電站發電電動機電動工況啟動回路中的輸入電抗器2組6只、輸出電抗器1組3只直流電抗器2臺，分別布置于主變洞高程-29.10m SFC室、高程-36.60m的SFC變壓器室、1#2#機間、3#4#機間電抗器室及1#、2#高壓廠變室內，分別通過離相封閉母線T接到1#2#、3#4#機主母線上等。
　　
　　3、福建仙游抽水蓄能水電站發電電動機電動工況啟動的輸入電抗器、直流平波電抗器，在1#和4#機主回路通過分支母線與SFC輸入電抗器連接等。
　　4、三峽左岸及右岸水輪發電機組500kV升壓變中性點電抗器接地等。
　　5、三峽地電500kV并聯電抗器，布置在高程151.5m地面升壓站并聯電抗器布置室內，三相并聯電抗器連接成星形，中性點經小電抗器接地。
　　6、向家壩左岸及右岸水電站500kV升壓變壓器中性點經702kVA電抗器接地。
　　7、金沙江觀音巖水電站500kV敞開式出線站線路通信電抗器(阻波器)，用以阻擋載波信號，使之進入接收設備等。
　　8、青海黃河黃豐水電站、大河家水電站330kV 升壓變壓器中性點經小電抗器接地。
　　9、苗家壩水電站330kV升壓變壓器中性點經小電抗器接地。
　　10、新疆和田波波娜水電站水輪發電機組中性點消弧線圈、發電機高壓出口柜和廠用電10kV高壓開關柜串聯的電抗器等。
　　
      五、結論
　　隨著電力工業的迅速發展，大量的發電廠、變電站也應運而生。而電力系統是否穩定運行直接影響著社會的穩定和經濟的發展，因此為電網提供能源的源頭――發電廠、水電站是否穩定和安全也顯得極其關鍵，電抗器作為發電廠、水電站及變電站的主要電氣設備，其制造、技術、安裝及運行質量直接影響到電網的安全平穩運行，因此，電抗器在電力系統中不可或缺，其保護作用也顯得尤為重要和突出。