干式空心串聯電抗器在電力系統中的應用分析

俞峰　張康　蔣文忠

摘要：電抗器是變電站中常用的電氣設備，在電力系統中具有廣泛的應用。電抗器常用的接線方式包括串聯電抗器和并聯電抗器，其中并聯電抗器常作為無功補償裝置，本文主要分析串聯電抗器的原理及作用，并重點分析干式空心串聯電抗器在電力系統中的具體應用。

關鍵詞：串聯電抗器;電力系統;電壓

引言

眾所周知電阻、電容和電感是電氣回路的重要組成部分，其中電感具有抑制電流變化的作用，并能影響交流電的相位，我們把具有電感作用的繞線式的靜止感應裝置叫做電抗器。電抗器也叫做電感器，一個導體通電時就會在其所占據的一定空間范圍內產生磁場，所以所有具備載流的電導體都有一般意義上的感性。然而，通電長導體的電感較小，所產生的磁場不強，因此實際的電抗器是導線繞成的螺線管形式，稱為空心電抗器^[1]。本文主要對干式空心串聯電抗器在電力系統中的應用進行了分析。

1 干式空心串聯電抗器概述

干式空心串聯電抗器系列產品廣泛用于電力、化工、冶金、電氣化鐵道、高電壓大容量試驗室以及其它特殊場合。在電力系統中，串聯電抗器是與并聯電容器相串聯的、以達到抑制電網電壓波形畸變和控制流過電容器的諧波分量^[2]，及限制電容器組合閘涌流為目的的電抗器，其中干式空心串聯電抗器示意圖如圖1所示。

在圖1中的干式空心串聯電抗器，它一般采用鋁導線作為線圈導線，同時選取玻璃鋼纖維和環氧樹脂固化，具有較強的穩定性，其因結構簡單、質量輕目前也被廣泛應用在電力行業。干式空心串聯電抗器的型號一般由如下字母構成：CKWK-1-2-3-4，其中C代表串聯;K代表電抗器;W代表戶外;K代表空芯;1代表安裝方式;2代表額定容量（kvar）;3代表電容器組的額定電壓（kV）;4代表額定電抗比（%）。

2 干式空心串聯電抗器的作用

干式空心串聯電抗器的使用地點一般在戶外，當在戶內使用時，必須有良好的通風條件，安裝場地應無有害氣體、蒸汽及導電性或爆炸性物資。電抗器按照具體用途可分為限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、串聯電抗器等^[3]。電抗器作為無功補償的基本手段，在電力系統中是不可缺少的裝置。當電力系統在運行時，出現了無功倒送的情況時，則需要投入電抗器以吸收無功。

電抗器主要的接線方式分為串聯和并聯兩種，其中并聯電抗器經常用作無功補償裝置，本文主要探討串聯電抗器的作用。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。可以通過調整并聯電抗器的數量來調整電網的運行電壓，在超高壓并聯電抗器中有改善電力系統無功功率有關運行狀況的多種功能，主要包括以下幾點，一是在利用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。二是改善長輸電線路上的電壓分布，三是使輕負荷時線路中的無功功率盡可能地就地平衡，防止出現無功功率的不合理流動，同時也減輕了線路上的功率損失^[4]。四是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。五是防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象，六是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。

3 干式空心串聯電抗器在電力系統中的應用

干式空心電抗器具有以下特點，一是線圈由數個呈圓筒狀的包封并聯組成，由環氧樹脂膠液浸漬過的長玻璃絲束對線圈進行包封，經高溫固化后成為玻璃鋼結構，結構堅固密實，整體性能好，運行時噪音水平低。二是導線采用橫截面較小的圓形鋁（或銅）導線，有效地降低了導線中的渦流損耗;并采用絕緣性能優良的薄膜作為導線的匝絕緣。三是電抗器表面覆蓋有抗紫外線輻射的硅有機漆，具有良好的耐候性。四是電抗器線圈間采用聚酯玻璃纖維引拔棒作為軸向散熱氣道，具有良好的散熱條件。五是電抗器在進行溫升計算時，充分考慮了線圈的熱點溫升和平均溫升，并留有足夠的裕度，從而保證電抗器能夠長期安全運行。六是由于空心電抗器采用多層并聯結構，在穩態工作電壓下，沿線圈高度方向的電壓分布均勻七是電抗器進出線電氣連接均采用氬弧焊焊接，線圈結構上無緊固零件，大大提高了設備運行的可靠性。八是電抗器結構簡單、緊湊，能夠長期運行在戶外氣候條件下，設備維護簡單方便。

在電力系統的短時段內負荷頻繁變化的場合，也需要采用到干式空心串聯電抗器。該場合宜裝可快速跟蹤的瞬態無功補償裝置。由于電容器每次投切前卻必須保證電容器沒有殘存的電荷，而電容器放電即使通過放電線圈亦需要數秒的時間，所以高壓瞬態無功補償裝置（也稱SVC）一般都是固定補償最大容量的電容器，同時并聯一組容量可調的電抗器，通過快速調整電抗器的輸出無功，從而達到無功瞬態平衡的目的。電抗器的調整技術主要有可控硅控制空心并聯電抗器及直流偏磁調感兩種方式，其中以前者較優，但價格較高。

此外，隨著電網中整流負載的不斷增加，這些負載所導致的高次諧波電流（最主要的是3次、5次、7次諧波），影響電能質量，使電網電壓波形發生畸變，與此同時投入并聯電容器時對電壓波形影響更大，如果在電容器支路中串入為電容容抗的5—7%的感抗后，就能能有效抑制電網波動，提高電能質量。

4 結論

干式空心串聯電抗器是串聯電抗器的一種，在電力系統中的應用也較為廣泛，本文主要分析了干式空心串聯電抗器在電力系統的實際應用，此外干式空心并聯電抗器可接到電力系統中的相與地之間、相與中性點之間或相間的用以補償電容電流，具有重要的應用價值。

參考文獻

[1] 李紅，楊紅偉. 空心串聯電抗器安裝和檢測中應注意的問題[J]. 電世界，2015，56（7）：30-30.

[2] 李陽林，萬軍彪，黃瑛. 10kV干式空心串聯電抗器故障原因分析[J]. 電力電容器與無功補償，2011，32（3）：58-61.

[3] 楊宇斌. 10kV干式空心串聯電抗器燒毀故障原因分析及解決方案[J]. 科技傳播，2014（21）.101-106.

（作者單位：紹興市上虞電力電容器有限公司）