第8章限流電器

限流電器限流電氣的作用：增加電路的短路阻抗，達到限制短路電流的作用。常用限流電抗器和分裂變壓器。8．1限流電抗器8.1.1電抗器的類型和用途電抗器：具有一定的電抗值的電感線圈。分為串聯(lián)電抗器、并聯(lián)電抗器、限流電抗器、消弧線圈。串聯(lián)電抗器：限制電力系統(tǒng)的高次諧波對電力電容器的影響。串聯(lián)在電力電容器前，稱為阻波器。并聯(lián)電抗器：用于超高壓長距離輸電線路和10kv電纜系統(tǒng)等處，用于吸收系統(tǒng)電容功率，限制電壓升高。限流電抗器：用于限制系統(tǒng)短路電流，防止故障擴大。限流電抗器，分為混凝土柱式電抗器、分裂電抗器、油浸電抗器。8.1.2限流電抗器的結構與布置混凝土柱式電抗器：20kv及以下、150--3000A的限流電抗器；分裂電抗器：帶中間抽頭；油浸電抗器：35kv的一般做成夾裝、油浸式戶外裝置。8.1.3普通電抗器的參數(shù)及應用額定電壓、額定電流、百分數(shù)電抗。母線分段電抗器線路出線電抗器變壓器負荷側串聯(lián)電抗器8.1.4分裂電抗器的參數(shù)及應用應用分裂電抗器的主要困難是在正常負荷變動時，兩臂的負荷電流大小不相等，以致兩臂電壓波動較大。一般要求，在選擇分裂電抗器時，保證一臂負荷電流為總負荷的70%，另一臂負荷電流為總負荷30%，則兩臂電壓波動值不超過5%。最通俗的講，能在電路中起到阻抗的作用的東西，我們叫它電抗器。電力網(wǎng)中所采用的電抗器，實質(zhì)上是一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據(jù)需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產(chǎn)生數(shù)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(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，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(lián)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(fā)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(wěn)定性限流電抗器所屬現(xiàn)代詞，指的是電力系統(tǒng)用的各類限流電抗器，往往是固定電感式的電抗器。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\o"短路"短路電流，并維持母線\o"電壓"電壓，不致因饋線短路而致過低。限流電抗器-簡介

最通俗的講，能在電路中起到阻抗的作用的東西，我們叫它\o"電抗器"電抗器。

電力網(wǎng)中所采用的電抗器，實質(zhì)上是一個無導磁材料的空心\o"線圈"線圈。它可以根據(jù)需要布置為\o"垂直"垂直、\o"水平"水平和\o"品字形"品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產(chǎn)生數(shù)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(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器\o"遮斷容量"遮斷容量的要求，常在出線斷路器處\o"串聯(lián)"串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制\o"短路"短路電流。

由于采用了電抗器，在發(fā)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(wěn)定性。限流電抗器-電抗器分類：

按結構及冷卻介質(zhì)、按接法、按功能、按用途進行分類。

1按結構及冷卻介質(zhì)：分為\o"空心式"空心式、\o"鐵心式"鐵心式、干式、油浸式等，例如\o"干式空心電抗器"干式空心電抗器、\o"干式鐵心電抗器"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\o"并聯(lián)電抗器"并聯(lián)電抗器和\o"串聯(lián)電抗器"串聯(lián)電抗器。

3按功能：分為\o"限流"限流和\o"補償"補償。

4按用途：按具體用途細分，例如限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數(shù)補償電抗器、串聯(lián)電抗器、平衡電抗器、\o"接地電抗器"接地電抗器、消弧線圈、\o"進線電抗器"進線電抗器、出線電抗器、飽和電抗器、自飽和電抗器、\o"可變電抗器"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。限流電抗器-電力系統(tǒng)中電抗器的作用

電力系統(tǒng)中所采取的\o"電抗器"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?？梢酝ㄟ^調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整運行電壓。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(tài)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(tǒng)并列時降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓，便于\o"發(fā)電機同期"發(fā)電機同期并列。

（5）防止發(fā)電機帶長線路可能出現(xiàn)的自勵磁諧振現(xiàn)象。

（6）當采用電抗器中性點經(jīng)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\o"潛供電流"潛供電流自動熄滅，便于采用。

限流電抗器_空心限流電抗器限流電抗器-一、產(chǎn)品說明

公司設計生產(chǎn)的限流電抗器是串聯(lián)連接在0.4～63(kV)輸變電系統(tǒng)中，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，用以限制短路電流，使短路電流降至其后設備的允許值?，F(xiàn)在電力系統(tǒng)用的各類限流電抗器，往往是固定電感式的電抗器，但是系統(tǒng)電壓很不穩(wěn)定，再加之設備更新?lián)Q代、增容或者改造，就需要不同阻值的限流電抗器來適應電網(wǎng)及變頻器、直流調(diào)速器、軟啟動器等設備的正常運行，更好的濾除諧波干擾，限制短路電流和突發(fā)電流對電機的影響。限流電抗器-二、執(zhí)行標準

1.GB/T10229-1988

電抗器標準

2.JB5346-1998

串聯(lián)電抗器標準

3.IEC289：1987

電抗器標準限流電抗器-三、絕緣等級：F級或H級

限流電抗器-四、適用環(huán)境

1.海拔不超過2000m；

2.環(huán)境溫度-25～+45(℃)，相對濕度不超過90%；

3.電源電壓的波形近似于正弦波；

4.周圍無有害氣體，無易燃易爆物品；

5.周圍環(huán)境應有良好的通風條件，如裝在柜內(nèi)，應加裝通風設備。限流電抗器-五、技術參數(shù)

絕緣結構：干式電抗器

有無鐵心：鐵心式電抗器

產(chǎn)品認證：CE

用

途：限流電抗器

額定電流：100～10000(A)

系統(tǒng)額定電壓：0.4～63(KV)

型

號：XKSG-0.4/100-8

品

牌：薩頓斯

電抗器也叫電感器，一個導體通電時就會在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場，所以所有能載流的電導體都有一般意義上的感性。然而通電長直導體的電感較小，所產(chǎn)生的磁場不強，因此實際的電抗器是導線繞成螺線管形式，稱空心電抗器；有時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。分類按結構及冷卻介質(zhì)、按接法、按功能、按用途進行分類。1、按結構及冷卻介質(zhì)：分為空心式、鐵心式、干式、油浸式等，例如

\o"電抗器（圖2）"電抗器（圖2）(3張)：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：分為限流和補償。4、按用途：按具體用途細分，例如：限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數(shù)補償電抗器、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。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。電抗器（圖4）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?？梢酝ㄟ^調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整運行電壓。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(tài)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(tǒng)并列時降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓，便于發(fā)電機同期并列；5、防止發(fā)電機帶長線路可能出現(xiàn)的自勵磁諧振現(xiàn)象；6、當采用電抗器中性點經(jīng)小電抗接地裝置時，電抗器（圖5）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)常用于無功補償。1、半芯干式并聯(lián)電抗器：在超高壓遠距離輸電系統(tǒng)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(tǒng)電壓升高和操作過電壓，保證線路可靠運行。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起。[1]

電抗器的限流和濾波作用：電網(wǎng)容量的擴大，使得系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大。電抗器（圖6）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(jīng)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），電容器回路投入時起抑制涌流的作用。同時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無功補償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器時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，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，在國家標準《電抗器》GB10229—88和IEC289—88國際標準中均對阻尼電抗器的使用和技術條件作了規(guī)定。但目前國內(nèi)有些部門將阻尼電抗器稱為串聯(lián)電抗器，嚴格來講是不合適的，因為上述標準中均沒有串聯(lián)電抗器這個名稱。[2]

應用并聯(lián)電抗器：發(fā)電機滿負載試驗用的電抗器是并聯(lián)電抗器的雛型。電抗器（圖7）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償電容器串聯(lián)，對穩(wěn)態(tài)性諧波（5、7、11、13次）構成串聯(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次諧波分量構成串聯(lián)諧振，從而吸收該諧波分量，通常n=5、7、11、13、19。進線電抗器：亦稱換相電抗器，用于電網(wǎng)進線中，通過的是交流電流，進線電抗器的作用是限制變流器換相時電網(wǎng)側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)，電抗器（圖8）用以限制電容器的合閘涌流。這一點，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，（逆變晶閘管換相時同時導通相當于整流橋負載直接短路）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）使電抗器（圖9）整流輸出波形連續(xù)，如不連續(xù)，就會出現(xiàn)電流為零的時間，這時逆變橋停止工作，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裝置稱為電抗器。接線方法ABCXYZ六個端子，可以將ABC作為電抗器進線端，XYZ作為電抗器出線端；也可以將XYZ作為電抗器進線端，ABC作為電抗器出線端。這沒有什么具體的進線、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：ABC、XYZ這兩套端子，接線時不能互相交叉。特點進線電抗器1、該進線電抗器為三相，均為鐵芯干式；2、鐵芯采用優(yōu)質(zhì)低損耗進口冷軋硅鋼片，電抗器（圖10）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、進線電抗器的線圈和鐵芯組裝成一體后經(jīng)過預烘→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合在一起，不但大大減小了運行時的噪音，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無噪音地運行；5、進線電抗器芯柱部分緊固件采用無磁性材料，減少運行時的渦流發(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，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電抗器，它的作用是限制電機連接電纜的容性充電電流及使電機繞組上的電壓上升率限制在54OV/us以內(nèi)，一般功率為4-90KW變頻器與電機間的電纜長度超過50m時，應設置輸出電抗器，它還用于鈍化變頻器輸出電壓(開關的陡度)，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模塊開關時產(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之間的距離可以適當加粗電纜，增加電纜的絕緣強度，盡量選用非屏蔽電纜。輸出電抗器的特點：1、適用于無功補償和諧波的治理；2、輸出電抗器主要作用是補償長線分布電容的影響，抑制輸出諧波電流；3、有效地保護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電網(wǎng)側的電壓降；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)操作時所產(chǎn)生的電流沖擊。當電網(wǎng)短路容量與變流器變頻器容量比大于33:1時，輸入電抗器的相對電壓降，對單象限工作為2%，四象限為4%。當電網(wǎng)短路電壓大于6%時，允許輸入電抗器運行。對于12脈動整流單元，至少需要一相對電壓降為2%的網(wǎng)側進線電抗器。輸入電抗器主要應用于工業(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：1、適用于無功功率補償和諧波的治理；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產(chǎn)生的電壓缺陷。使用壽命電抗器在額定負載下長期正常運行的時間，就是電抗器的使用壽命。電抗器使用壽命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(chǎn)生的負荷和周圍環(huán)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壽命。限流電抗器和串聯(lián)電抗器區(qū)別是限流電抗器主要是限制短路電流，串聯(lián)電抗器主要作用是補償無功功率，和濾除某次諧波限流電抗器應用中存在問題及解決對策1前言在電力系統(tǒng)中，限流電抗器主要作用是當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，利用其電感特性，限制系統(tǒng)的短路電流，降低短路電流對系統(tǒng)的沖擊，同時降低斷路器選擇的額定開斷容量，節(jié)省投資費用，同時提高系統(tǒng)的殘壓。但使用限流電抗器后，會存在很大的電能損耗，系統(tǒng)有大的波動時如啟動大容量電動機產(chǎn)生大的電壓降影響其它設備正常運行，使發(fā)電機調(diào)壓困難影響系統(tǒng)穩(wěn)定。同時對周圍供電設備、建筑物以及通訊設施都會產(chǎn)生較大的影響，甚至造成設備異常。如何消除電抗器產(chǎn)生的影響，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)正常運行中所面臨的一個非常重要的問題。2問題的提出恒通化工熱電廠現(xiàn)有三臺60MW發(fā)電機，三臺15MW發(fā)電機，總裝機容量22.5萬KW,年發(fā)電量12.7億度。廠用電采用6KV供電，由發(fā)電機出口直接供給。為限制短路電流而串接限流電抗器給兩段6KV母線供電，6KV系統(tǒng)采用單母線分段式接線，廠用電系統(tǒng)主接線(以4#發(fā)變組為例)見圖1。

圖1在運行過程中，發(fā)現(xiàn)以下問題2.1當啟動大容量電動機如給水泵時，6kv母線電壓降低到80%左右影響其它電機及用戶正常使用。曾經(jīng)出現(xiàn)過兩臺給水泵同時啟動時電抗器后備保護動作跳閘的事故，嚴重影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。2.2當電抗器運行在額定電流70%左右時，電抗器線圈發(fā)熱嚴重，出現(xiàn)繞組過熱變色現(xiàn)象。2.3電抗器長期串聯(lián)在系統(tǒng)中本身消耗巨大無功及有功，導致運行不經(jīng)濟2.4系統(tǒng)受到大擾動時電壓波動大，給發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)造成困難，影響系統(tǒng)穩(wěn)定3問題的解決對策3.1解決思路為了解決這個問題，經(jīng)過技術咨詢和考察，發(fā)現(xiàn)利用國內(nèi)一種大容量高速開關裝置(簡稱FSR裝置)可消除電抗器產(chǎn)生的影響。具體解決辦法是將FSR裝置并聯(lián)在電抗器兩端，如圖2。

圖2正常運行時，高速開關裝置(FSR)將電抗器短接，由于FSR阻抗約為0.1mΩ(其中直流電阻約20μΩ)，而電抗器阻抗一般在0.15～0.9Ω(即150mΩ～900mΩ)之間，所以正常運行時電抗器被FSR短接而不起作用電流流經(jīng)高速開關裝置，當廠用6KV母線及以下出現(xiàn)短路故障時，高速開關快速熔斷，將電抗器投入主回路中限制短路電流，而短路故障仍由故障處斷路器開斷。3.2FSR裝置的工作原理該裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線性電阻FR及測控單元等組成，簡稱FSR。FS與FU阻抗相比為1∶2000。因此正常運行時工作電流經(jīng)FS流過。系統(tǒng)發(fā)生故障短路時，接到測控單元的分斷命令后，F(xiàn)S在0.15ms之內(nèi)爆破斷開，電流轉(zhuǎn)移至FU。FS斷開后全部短路電流轉(zhuǎn)移到FU，使FU在0.5ms內(nèi)熔斷，并產(chǎn)生足夠的弧壓。FU斷開時產(chǎn)生的弧壓使其導通，吸收FU開斷后產(chǎn)生的電弧能量及電源注入的能量，使FU順利熄弧，并把斷開時的過電壓限制在允許的2.5倍相電壓范圍內(nèi)。檢測電流和電流變化率，當電流幅值和電流變化率同時超過定值時，判斷為短路發(fā)生，并采用3個相同的獨立工作的測控部件，以“三取二”動作方式做出判斷，向FS發(fā)出分斷信號。如圖3

圖3橋體FS：因FS電阻為uΩ級，而熔斷器FU電阻為mΩ級，故正常時工作電流經(jīng)橋體流過，短路時接到測控單元的分斷命令后，在0.15ms之內(nèi)爆破斷開，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器FU。熔斷器FU：FS斷開后，全部短路電流轉(zhuǎn)移到熔斷器，在0.5ms以內(nèi)熔斷器熔斷，并產(chǎn)生足夠的弧壓。非線性電阻FR：熔斷器熔斷時產(chǎn)生的弧壓使其導通，吸收電感中存在的磁能及電源注入的能量，使熔斷器順利熄弧，同時把開斷時的過電壓限制在2.5倍的額定相電壓之內(nèi)。測控單元：檢測電流和電流變化率，當電流幅值和電流變化率同時超過整定值時，判斷為短路發(fā)生，采用三個相同的獨立工作的CPU部件，以“三取二”表決方式判斷，向橋體發(fā)出分斷命令。3.3FSR裝置的特點3.3.1載流量大：目前國內(nèi)真空斷路器額定電流只能做到4kA，而FSR裝置最大額定電流可做到12kA，完全可滿足目前電力系統(tǒng)的需要。3.3.2開斷速度快：短路電流在1ms以內(nèi)被截流，3ms之內(nèi)衰減為零，故障被完全切除。與傳統(tǒng)的斷路器繼電保護方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。3.3.3開斷過程中無危害性過電壓：氧化鋅良好的非線性特性，可將開斷過電壓限制在2.5倍的額定相電壓以內(nèi)。3.3.4開斷容量可以足夠大：目前可做到240kA，足以滿足一般情況下切斷短路電流的需要。3.3.5靈敏度更高：故障時電流變化率增加明顯，該裝置引入了電流變化率作判據(jù)，靈敏度更高。3.4FSR裝置動作電流整定原則3.4.1當初在6kV母線進線處設計限流電抗器，其目的是降低6kV系統(tǒng)三相短路電流。發(fā)生三相短路故障時，電抗器應可靠投入，從而要求FSR裝置在短路電流上升的初始階段應可靠斷開，故FSR動作值應取90%的三相短路電流值。3.4.2其它負荷正常運行時，應躲過最大配電變壓器空載合閘電流，并取1.3倍的可靠系數(shù)。3.4.3其它負荷正常運行時，應躲過最大電動機的啟動電流，也取1.3倍的可靠系數(shù)。綜合以上三種情況，選擇最大電流做為FSR裝置的動作電流3.5應用實踐我廠4#機組采用電抗器與FSR裝置并聯(lián)運行方案后，解決了電抗器產(chǎn)生的影響。3.5.1由于正常運行時，電抗器被短接無電流流過，解決了運行中發(fā)熱嚴重的問題，系統(tǒng)受到大擾動時電壓波動大，發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)也十分方便。3.5.2消除了電抗器產(chǎn)生的電壓降，提高了電壓質(zhì)量。3.5.3啟動大容量電動機如給水泵時，6kv母線電壓降僅為5℅左右，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。3.5.4消除了電抗器產(chǎn)生的電能損耗,節(jié)能效果顯著,年節(jié)約電費12.4萬元。通過查閱電抗器手冊中電抗器額定容量、功率損耗等參數(shù)，以及我廠4#機組運行實際。電抗器年功率損耗計算如下：A=3×⊿A×T=3×β2×(⊿P+⊿Q)×T(⊿P=PK=12.196KW⊿Q=0.02Seβ=I/IeIe=2000A運行電流I=1240A)A=3×⊿A×T=3×β2×(⊿P+0.02Se)×T=3×0.622×(12.196+0.02×924×24×365=10102.032×30.676=309889.9336每度電按0.4元計算，電抗器年損耗：0.4×A=0.4×30.9889=12.3955萬元/年采用高速開關裝置與電抗器并聯(lián)是一種經(jīng)濟實用的限流方案。不但解決了高壓斷路器選擇的經(jīng)濟性，而且從根本上避免了正常運行中串入電抗器帶來的電壓降、電能損耗和漏磁場等問題，提高了廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)、電能質(zhì)量，有利于系統(tǒng)的安全節(jié)能運行，是值得推廣的一種經(jīng)濟運行方式。8．2分裂變壓器分裂變壓器是一種多繞組的變壓器，將普通的雙繞組變壓器的低壓繞組分裂成額定容量相等的兩個完全對稱的繞組。分裂繞組的布置形式?jīng)Q定了兩個低壓分裂繞組僅有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系。目前，我國分裂變壓器大多用作單機容量在200mw及以上大容量的機組的廠用變壓器。分裂式繞組變壓器是指每相由一個高壓繞組與兩個或多個電壓和容量均相同的低壓繞組構成的多繞組電力變壓器。分裂變壓器正常的電能傳輸僅在高、低壓繞組之間進行，而在故障時則具有限制短路電流的作用。幾個分支容量相同，額定電壓相等或接近，可以單獨運行或并聯(lián)運行，可以承擔相同或不同負載。當某一個低壓繞組上所連接的負荷或電源發(fā)生故障時，其余低壓繞組仍能正常運行。各分裂繞組之間沒有電的聯(lián)系，磁的耦合也相對較弱。分裂支路之間應具有較大的阻抗，而分裂路與不分裂繞組之間應具有相同的阻抗。通常把低壓繞組作為分裂繞組，分裂成兩個或三個支路，線端標志為小寫字母加數(shù)字。不分裂的高壓繞組由兩個并聯(lián)支路組成，線端標志不變。各分裂繞組的總容量就是該分裂變壓器的額定容量。具有兩個低壓繞組的分裂變壓器通常稱為雙分裂變壓器，其低壓繞組的布置方式有輻（徑）向分裂和軸向分裂兩種。參數(shù)和等值電路當分裂繞組的幾個分支并聯(lián)成一個總的低壓繞組對高壓繞組運行時，稱為穿越運行，此時變壓器的短路阻抗稱為穿越阻抗。當?shù)蛪悍至牙@組的一個分支對高壓繞組運行時，你為半穿越運行，此時變壓器的短路阻抗稱為半穿越阻抗。當分裂繞組的一個分支對另一個分支運行時，稱為分裂運行，此時變壓器的短路阻抗稱為分裂阻抗。分裂阻抗與穿越阻抗之比稱為分裂系數(shù)，它是分裂變壓器的基本參數(shù)之一，一般為3——4。三相雙繞組雙分裂變壓器，每相有三個繞組：一個不分裂的高壓繞組，它有兩個支路，但總是并聯(lián)的，實際上是一個繞組；兩個相同的低壓分裂繞組。故可以仿照三繞組變壓器，得到由三個等值阻抗組成的等值電路。按照分裂阻抗的定義，分裂阻抗為兩個分支之間的阻抗，它等于兩分支短路阻抗之和，考慮到分裂繞組各分支排列的對稱性，所以各分支短路阻抗相等，等于二分之一的分裂阻抗，等于二分之一分裂系數(shù)倍的穿越阻抗。穿越阻抗是兩分支關聯(lián)后對高壓繞組間的阻抗，即穿越阻抗等于高壓繞組的短路阻抗與分支短路阻抗的一半之和。所以有：高壓繞組的短路阻抗等于穿越阻抗減去二分之一的分支短路阻抗；而分支短路阻抗等于二分之一分裂系數(shù)倍的穿越阻抗，所以高壓繞組的短路阻抗又等于一減去四分之一倍的分裂系數(shù)，再乘以穿越阻抗。下圖為軸向雙繞組雙分裂變壓器繞組布：特點和應用與普通變壓器相比，分裂變壓器有如下特點：（1）限制短路電流的作用顯著。當分裂繞組一個支路短路時，短路電流經(jīng)過半穿越阻抗。半穿越阻抗等于高壓繞組和一個分支短路阻抗之和，等于一加上四分之一倍的分裂系數(shù)，乘以穿越阻抗。也就是說半穿越阻抗比穿越阻抗大了四分之一分裂系數(shù)倍的穿越阻抗，也就是比普通變壓器的短路阻抗大，所以短路電流小。（2）有利于電動機自起動條件的改善。分裂變壓器的穿越阻抗比普通變壓器的短路阻抗小，所以流過起動電流時變壓器的電壓降要小些，允許電動機起動容量大些。（3）當分裂繞組一個支路發(fā)生短路故障時，另一個支路的母線電壓降很小，即殘壓較高，這是分裂變壓器的主要優(yōu)點。分裂變壓器的主要缺點是造價較高。分裂變壓器的主要應用有兩個：（1）當兩臺發(fā)電機通過一臺分裂變壓器向系統(tǒng)送電時，分裂變壓器的分裂阻抗有效地增大了兩臺發(fā)電機之間的阻抗，從而達到減少短路電流的目的。（2）當采用一臺分裂變壓器分成兩個分支向兩段獨立母線供電時，分裂阻抗也使兩段母線之間具有較大的阻抗，以減小母線短路時的互相影響。分裂變壓器多用作200MW以上的大機組的廠用變壓器。在大型發(fā)電廠中使用較多的是雙分裂變壓器。雙分裂變壓器是將一個繞組(通常是低壓繞組)分裂成在電氣上彼此無關、僅只有弱磁聯(lián)系的兩個繞組的變壓器。兩個分裂繞組結構相同，容量均為額定容量的1／2，分裂出來的兩個繞組的額定電壓可以相同也可以有不大的差別，可以單獨運行也可以同時運行，可以在同容量下運行，也可以在不同容量下運行，當它們的額定電壓相同時，還可以并聯(lián)運行。

分裂變壓器是多繞組變壓器中的一種特殊形式，和普通多繞組變壓器不同點在于：它的低壓繞組中有一個或幾個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有電氣上的聯(lián)系，而僅有較弱的磁的聯(lián)系。在電力系統(tǒng)中，用得比較多的是雙繞組雙分裂變壓器，它有一個高壓繞組和兩個分裂的低壓繞組，分裂繞組的額定電壓和額定容量相同，它們的總容量等于變壓器的總容量。低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓線圈分裂后的各部分之間的短路阻抗值，這對限制網(wǎng)絡的短路電流，節(jié)省建設投資與占地面積有著一定的實際經(jīng)濟意義，因而分裂變壓器正在電力工業(yè)中被廣泛采用。分裂變壓器與普通變壓器，按其結構看，幾乎沒有什么區(qū)別,其區(qū)別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身，沒有串聯(lián)或并聯(lián)而將其始端和終端各自引出，無論采取哪種結構方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，因此，對分裂變壓器的基本要求是：%l%O

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1)低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結構，要求有足夠的電氣強度；'S"V$?*x,c6h.B4N/y

2)低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；)k2?,@0f7?2x4K&`

3)使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發(fā)電機或電動機上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電壓的分裂線圈可以并聯(lián)運行；'I2R8C4q5F$s

4)結構要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結構。

當然，分裂變壓器比起普通(無分裂)變壓器(在相同容量、電壓等級、調(diào)壓范圍及級數(shù)，總損耗和短路電壓等情況下)相比,材料消耗較多(包括硅鋼片、線圈用銅〈鋁〉量等),從而使變壓器的成本有所增加。3L"V#L!m2}2];C特點和應用詳述與普通變壓器相比，分裂變壓器有如下特點：（1）限制短路電流的作用顯著。當分裂繞組一個支路短路時，短路電流經(jīng)過半穿越阻抗。半穿越阻抗等于高壓繞組和一個分支短路阻抗之和，等于一加上四分之一倍的分裂系數(shù)，乘以穿越阻抗。也就是說半穿越阻抗比穿越阻抗大了四分之一分裂系數(shù)倍的穿越阻抗，也就是比普通變壓器的短路阻抗大，所以短路電流小。（2）有利于電動機自起動條件的改善。分裂變壓器的穿越阻抗比普通變壓器的短路阻抗小，所以流過起動電流時變壓器的電壓降要小些，允許電動機起動容量大些。（3）當分裂繞組一個支路發(fā)生短路故障時，另一個支路的母線電壓降很小，即殘壓較高，這是分裂變壓器的主要優(yōu)點。分裂變壓器的主要缺點是造價較高。分裂變壓器的主要應用有兩個：（1）當兩臺發(fā)電機通過一臺分裂變壓器向系統(tǒng)送電時，分裂變壓器的分裂阻抗有效地增大了兩