铁心串联电抗器与空心串联电抗器优缺点区别比较

    铁心串联电抗器与空心串联电抗器优缺点区别比较
    随着电力系统的高速发展, 作为保护和调节、稳定系统的主要设备——电抗器, 被越来越广泛地运用。由于干式电抗器不含油, 线圈绕组为玻璃纤维加强、经环氧树脂一次固化成形, 具有免维护、高可靠性、无污染、难燃防火及寿命终结后可回收利用等优点, 逐渐取代了传统的水泥电抗器和油浸式电抗器。在油田变电所、燃气电站、城市负荷中心等领域获得广泛应用。

    在树脂绝缘干式电抗器中, 树脂绝缘干式空心串联电抗器( 以下简称空心串联电抗器) 与树脂绝缘干式铁心串联电抗器( 以下简称铁心串联电抗器) 的性能差异较大, 本文就此进行分析说明。

    电抗器是一种电感元件, 按照用途分类, 主要包括并联电抗器、串联电抗器、限流电抗器、滤波电抗器、阻尼电抗器、平波电抗器、消弧线圈及其它特殊用途电抗器。铁心串联电抗器是主要用于除限流电抗器以外的其它类型电抗器。空心串联电抗器是主要应用于除消弧线圈以外的其它类型电抗器。

    1. 工艺结构
    铁心串联电抗器结构与变压器类似, 但只有一个励磁线圈, 铁心由若干铁心饼和气隙材料间隔交错垒叠, 线圈一般使用铜线绕制, 然后在真空条件下使用树脂浇注成一整体。由于铁心存在较多气隙, 在气隙周边位置的磁场存在边缘效应, 如果设计不合理会导致线圈产生较大附加损耗和较高的局部温升, 严重时会对产品的安全性和寿命产生影响。

    空心串联电抗器只有一个单独的经环氧树脂浸泽的线圈, 多并联支路结构, 其磁路为空气。线圈一般为铝线绕组。

    铁心串联电抗器的线圈工艺要求高, 制造技术由干式变压器演变而来, 较成熟, 特别是真空浇注保证了对线圈内气泡数量的有效控制。空心串联电抗器的线圈为常压下浸润树脂, 不可避免地在线圈绕制内部存在气泡。但是由于空心串联电抗器的线圈绕组通常全部为并联结构,层间电压几乎为零, 只存在较小的匝间电压, 线圈中气泡局放问题一般并不会造成严重后果。

    2.损耗
    铁心串联电抗器比空心串联电抗器在低损耗方面有较大的优势。例如常规产品铁心串联电抗器的损耗只是同容量空心串联电抗器损耗的1/3左右。表1为一些串联电抗器的典型容量产品国家规定损耗值的对比。

    3.电抗值
    由于铁心串联电抗器的主磁路由导磁率较高的硅钢片材料构成, 当磁密较高时铁心会饱和并导致电抗值变小; 但是国标中特别要求铁心串联电抗器在1.8 倍工频额定电流下电抗值与额定电抗值偏差不超过一5%。而空心串联电抗器的磁路由空气构成, 不存在饱和现象, 电抗值总是保持不变。因此如果对某种电抗器的电抗值稳定性要求较高, 应该尽可能选用空心产品。限流电抗器产品, 如果选择铁心产品则必须保证铁心串联电抗器在系统短路时具有较高的阻抗值, 即铁心不能完全饱和。这样铁心磁密选取必须很低, 导致成本会大幅度上升。

    4.噪声
    铁心串联电抗器由于硅钢片的磁伸缩引起的铁心振动, 铁饼之间、铁饼与上下铁扼之间的电磁吸力的周期变化产生的振动, 使得铁心产品的噪音较空心产品高。为了降低噪声, 铁心串联电抗器的磁密选取一般比同容量变压器的磁密要低一些。目前, 由于电抗器制造水平的提高, 单台容量小于l000kvar产品的噪声基本可以控制在60dB以下。空心产品为一个经树脂浸润, 后整体固化的线圈, 由于其没有铁心、连接部件少、结构整体性好, 因此噪声比同容量的铁心产品要低。

    5.磁污染及安装环境
    铁心串联电抗器,由于铁心的存在使得绝大数多磁力线被控制在铁心中,漏磁少,一般不会对周围产生电磁污染,不会影响一些控制设备的正常工作。但是空心产品其无闭合磁回路,磁场发散严重, 对周围有较强的电磁污染。一般在1.7倍电抗器线圈外径范围内不允许有金属闭合回路, 不允许安装金属栅栏。绝不允许将空心串联电抗器安装于封闭的金属外壳内。

    由于空心串联电抗器对外界磁场干扰严重,对电子产品影响较大,需远离居民区、高层建筑, 特别是电子产品使用较多的控制中心。铁心串联电抗器占地面积小,对周围环境没有太大影响, 适用于高层建筑、负荷中心、人员密集和安全性能要求较高的场合。一般安装于户内, 配外壳后可安装于户外, 安装简便, 可靠性高。空心产品占地面积大, 一般为铁心产品的2-3倍, 大容量产品一般安装于户外。

    6.常见故障
    铁心串联电抗器运行故障多为运行中振动大, 引起紧固件松动、噪声偏大, 一般只需对紧固件再次拧紧即可。另外还有铁心气隙分布设计不合理引起的局部温升过高。

    空心串联电抗器运行故障主要是线圈匝间绝缘击穿, 造成的匝间短路。其主要原因是局部温升过高致使, 绝缘损坏击穿、局部放电电弧烧毁、线圈被雨淋时包封表面爬电、过电压等。

    铁心串联电抗器可以进行分解检修, 只更换损坏的部件, 而空心串联电抗器如果线圈包封内部出现故障,通常无法修复, 只能整体报废。铁心串联电抗器的故障率远小于空心串联电抗器, 具有较高的可靠性。

    7.结语
    铁心串联电抗器一般只能做到35kV电压等级, 如果电压再升高, 则成本会大幅度增加, 非常不经济。空心产品为多支路并联结构, 其可以达到110kV电压等级。虽然铁芯电抗器的一次性投人较高, 但铁心串联电抗器的事故、故障率明显低于空心产品, 具有可靠性高、占地面积小、损耗小、可长期运行和成本低等优点。铁心串联电抗器的综合运行成本优于空心串联电抗器。

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