220kV并联电抗器设计要点

220kV并联电抗器设计要点

王鹏王庆举

（山东泰开变压器有限公司山东省泰安市271000）

摘要：随着人们生活水平在不断的提高，对于用电的水平在不断的提高，电抗器是在电力系统中作为电感元件的电气设备，属于变压器类产品，主要功能是限制系统的短路电流和补偿系统的分布电容电流。电抗器品种规格较多，主要分为铁心电抗器和干式空心电抗器两个大类，其中包括并联电抗器、限流电抗器、串联电抗器、阻尼电抗器及平波电抗器等。电抗器作为特殊变压器，由于产品特性与变压器有所区别，所以在设计计算、工艺措施及结构方面与常规电力变压器有着较大的不同。

关键词：并联电抗器；电感计算；降噪措施

引言

目前，随着我国220kv电网建设速度的加快，对高压并联电抗器的需求也在相应的增加。并接于电力系统中的并联电抗器，用于吸收系统中的容性无功功率、限制过电压、抑制同步电机带轻载时可能出现的自励磁现象，起到稳定和保护电力系统的作用，在电力系统中是不可缺少的电气设备。

1可控补偿原理

铁心式可控电抗器可大致分为以下两种：一种是调电路式可控电抗器；另一种是调磁路式可控电抗器。其中调磁路式可控电抗器方案中又包括晶闸管控制变压器型（ThyristorControlledTransformer，TCT）、助磁式可控饱和型（ControlledSaturateReactor，CSR）、自饱和磁阀式（Self-SaturateMagneticValveThyristorControlledReactor，SR）、裂芯式晶闸管控制型（Split-CoreTypeThyristorControlledReactor，TCR）等多种型式。调电路式可控电抗器，即靠有载分接开关调节电抗器绕组的匝数（抽头），其成本很低，调节方便，但电感量无法连续调节。调磁路式可控电抗器的方案中，多采用直流助磁方式，通过调节直流励磁电流的大小来改变磁路磁导的大小，从而实现电感量连续可调，其响应速度目前是最快的，但将可控电抗器长期挂网运行时，由于在额定容量时铁心处于磁饱和状态，损耗大，噪声大，而且加入了晶闸管等电力电子器件，必然带来大量的谐波，在工程上要设法消除这些影响。同样在静止无功补偿器中大量采用了晶闸管元件，改变晶闸管触发角从而改变电感量，因此必然会产生谐波污染，在工程上也要消除这些污染。

2并联电抗器

2.1并联电抗器功能

在超高压远距离的输电线路中，一般长达数百公里，甚至数千公里，另一方面由于城市供电向电缆化方向发展，由于必须补偿线路巨大的容性充电无功功率才能使系统正常运行，因此，并联电抗器成为必不可少的输电线路基本配置。并联电抗器一般接在超高压输电线的末端和地之间。现阶段有较多的220kV高抗变电站具备较长距离输电能力，同样需要对线路进行无功补偿，且运行电压也可以通过调整并联电抗器的数量来调整。并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能，主要包括：（1）减小空载或轻负荷线路上的电容效应，以降低工频暂态过电压；（2）改善长距离输电线路上的沿线电压分布；（3）使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率不合理流动，减轻了线路上的功率损失，提高变压器运行效率；（4）在大机组与系统并列时降低高压母线上工频稳态电压，便于发电机同期并列；（5）防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象；（6）电抗器中性点经小电抗接地时，可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，加速自动熄灭潜供电流。

2.2并联电抗器合理容量的选取

随着经济在快速的发展，社会在不断的进步，并联电抗器是接在高压输电线路的大容量电感线圈，其容量要根据线路电容和负载情况进行计算设计。在系统中装设并联电抗器的台数及容量的大小是根据系统中线路参数、运行条件及运行方式决定的。为了避免与线路电容形成并联谐振，合理选择电抗器的容量十分重要。在设计并联电抗器的容量时，除考虑限制工频过电压之外，还涉及到系统的稳定、无功功率平衡、自激电压和谐振等问题。因此电抗器的容量选择与安装方式要根据系统的结构、参数及运行情况等因素确定方案。

2.3铁损

铁损分为磁滞损耗和涡流损耗。从铁损计算经验公式可知，总的铁损等于铁心单位损耗与铁心质量的乘积。因此，降低铁损应考虑如下方面：#采用单位损耗较小的冷轧取向性硅钢片。为了充分地利用这个特性，还可以使磁通方向和硅钢片的轧制方向一致。!减小磁通密度。磁通密度减小确实使铁损降低了，但绕线匝数由此增加从而使电阻损耗也增加，作为整体来说往往使总损耗增加。"由于铁心叠片系数的提高和绕组绝缘的改进，便减少了铁心磁路长度，使铁心质量减轻，因而能降低铁损。边缘磁通引起的涡流损耗。边缘磁通的分布由每个气隙的长度决定，减少气息长度就能降低涡流损耗。对铁心来说，涡流损耗和与磁通成垂直方向的硅钢片宽度的平方成正比，可以认为，与磁通成垂直方向的直角面小的辐射形铁心对抑制边缘磁通引起的涡流损耗具有理想的外形。

3并联电抗器设计要点

3.1并联电抗器电抗值的计算

并联电抗器电抗值是电抗器重要参数，它决定对线路容性无功补偿的效果，如果偏差过大，对容性无功的补偿效果达不到要求，就造成线路无功损耗增加、变压器运行效率下降及沿线电压升高等不良后果，准确计算电抗器的电抗值是电抗器设计的首要任务。220kV级及以上的并联电抗器绝大多数采用油浸式铁心电抗器，电抗器铁心与变压器铁心有所不同，为改变磁路的磁阻，铁心电抗器的铁心带有气隙，由于气隙的磁化特性基本是线性，通过改变气隙的长度，可以得到所需要的电感值（电抗值），所以铁心电抗器的电感值不取决于外在的电压和电流，而取决于绕组匝数以及绕组和气隙的尺寸。铁心电抗器的电感主要是主电感，由铁心的铁饼和气隙所产生的主磁通所形成，另一部分是漏电感，是由心柱之外的漏磁通所形成。

3.2并联电抗器降噪设计

电抗器铁心振动产生的噪声远远大于同容量的变压器，既然噪声不可避免，那如何降低此类产品的噪声是本次设计的关键。（1）降低心柱磁密，取值为1.1T～1.25T之间，轭和旁柱的截面比心柱要大，磁密更低；其次，计算铁心谐振频率，选取合理的窗口尺寸，避免谐振区域。（2）噪声的传播主要通过两个路径传递给油箱：一条是通过铁心垫脚或上定位装置传至油箱（固体传播），另一条通过绝缘油传到箱壁（液体传播），使得油箱壁振动从而产生本体噪声谐振。对于第一条传播路径，取消上定位装置，切断此处的固体传播路径；当然，运输时仍需要上定位装置，安装时再取消。

3.3并联电抗器压紧所需的特殊工装设计

电抗器在生产制造中，首要考虑的工艺过程是铁饼如何压紧、如何达到规定要求的压力以及运行过程的防松止退措施，各个电抗器生产厂家采用的工艺方法和压紧工装不尽相同。

结语

油浸式铁心并联电抗器使用广泛，设计技术相对成熟，设计手段也相对丰富，分析软件的应用对电感值和负载损耗的控制可以达到较为精准的程度。电抗器的故障多数集中在噪声超标、局部过热导致油色谱不合格以及长期运行的局部放电增加、紧固件松动等等。这些故障是否存在取决于工艺水平的高低、材料选用的适合性、工装及辅助设备的合理性。另外，220kV并联电抗器仅有高压绕组，在感应试验时需要一台500kV的变压器施加首端电压，中性点也需要72.5kV级以上的中间变进行支撑，试验相对麻烦，且器身在运行时的振动幅值很难精确测量等，给后续产品的设计制造提供思考。

参考文献：

[1]刘传彝.电力变压器设计算方法与实践[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[2]路长柏.电抗器理论与计算[M].沈阳：沈阳出版社，2009.[3]崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京：科学技术文献出版社，1995.