電抗器

按結構及冷卻介質、按接法、按功能、按用途進行分類。

電抗器（圖2）(2張)

1、按結構及冷卻介質：分為空心式、鐵心式、乾式、油浸式等，例如：乾式空心電抗器、乾式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式乾式空心電抗器、繞包式乾式空心電抗器、水泥電抗器等。

2、按接法：分為並聯電抗器和串聯電抗器。

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、功率因數補償電抗器、串聯電抗器、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（可調電抗器、可控電抗器）、軛流電抗器、串聯諧振電抗器、並聯諧振電抗器等。

電力系統中所採取的電抗器常見的有串聯電抗器和並聯電抗器。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並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。可以通過調整並聯電抗器的數量來調整運行電壓。超高壓並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佈；

3、使輕負荷時線路中的無功功率儘可能就地平衡，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、在大機組與系統並列時降低高壓母線上工頻穩態電壓，便於發電機同期並列；

5、防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象；

6、當採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，便於採用。

電抗器的接線分串聯和並聯兩種方式。串聯電抗器通常起限流作用，並聯電抗器經常用於無功補償。

1、半芯乾式並聯電抗器：在超高壓遠距離輸電系統中，連接於變壓器的三次線圈上。用於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、半芯乾式串聯電抗器：安裝在電容器迴路中，在電容器迴路投入時起。 ^[1] 

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使短路瞬間系統的電壓保持不變。

在電容器迴路安裝阻尼電抗器（即串聯電抗器），電容器迴路投入時起抑制湧流的作用。同時與電容器組一起組成諧波迴路，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迴路中，為了限制投入電容器時的湧流和抑制電力系統的高次諧波，在35kV電容器迴路中必須安裝阻尼電抗器，抑制3次諧波時，採用額定電壓35kV，額定電感量26.2mH，額定電流350A乾式空心單相户外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對3次諧波形成諧振迴路，即3次諧波濾波迴路。

同樣，為了抑制5次及以上高次諧波，採用了額定電壓35kV，額定電感量9.2mH，額定電流382A單相户外型阻尼電抗器，它與2.52Mvar電容器對5次及以上高次諧波形成諧振迴路。起到了抑制高次諧波的作用，需要説明的是，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定。但國內有些部門將阻尼電抗器稱為串聯電抗器，嚴格來講是不合適的，因為上述標準中均沒有串聯電抗器這個名稱。 ^[2] 

並聯電抗器：發電機滿負載試驗用的電抗器是並聯電抗器的雛形。鐵心式電抗器由於分段鐵心餅之間存在着交變磁場的吸引力，因此噪音一般要比同容量變壓器高出10dB左右。並聯電抗器裏面通過的交流，並聯電抗器的作用是補償系統的容抗。通常與晶閘管串聯，可連續調節電抗電流。

串聯電抗器：裏面通過的是交流，串聯電抗器的作用是與補償電容器串聯，對穩態性諧波（5、7、11、13次）構成串聯諧振。通常有5~6%電抗器，屬於高感值電抗器。

調諧電抗器：裏面通過的是交流電，串聯電抗器的作用是與電容器串聯，對規定的n次諧波分量構成串聯諧振，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，用於電網進線中，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，以及並聯變流器組的解耦。

限流電抗器：限流電抗器一般用於配電線路。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，並維持母線電壓，不致因饋線短路而致過低。

阻尼電抗器：（通常也稱串聯電抗器）與電容器組或密集型電容器相串聯，用以限制電容器的合閘湧流。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組成諧振濾波器，一般用於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，以至於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。電力部門對於電力系統中的諧波有具體規定。

消弧線圈：消弧線圈廣泛用於10kV-63kV級的諧振接地系統。由於變電所的無油化傾向，因此35kV以下的消弧線圈現很多是乾式澆注型。

平波電抗器：平波電抗器用於整流以後的直流回路中。整流電路的脈波數總是有限的，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，使輸出的直流接近於理想直流。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於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）使整流輸出波形連續，如不連續，就會出現電流為零的時間，這時逆變橋停止工作，造成整流橋開路的現象。

4、並聯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，在電壓正弦波的週期內，飽和電抗器在飽和前吸收了一定的伏-秒，達到飽和，以後就呈全開放狀態。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。

電氣迴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,並能使交流電移相.把具有電感作用的繞線式的靜止感應裝置稱為電抗器。

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。這沒有什麼具體的進線、出線的順序要求，怎麼接都行，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。

1、該進線電抗器為三相，均為鐵芯乾式；

2、鐵芯採用優質低損耗進口冷軋硅鋼片，氣隙採用環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生變化；

3、線圈採用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後經過預烘→真空浸漆→熱烘固化這一工藝流程，採用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，可確保電抗器在高温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採用無磁性材料，減少運行時的渦流發熱現象；

6、外露部件均採取了防腐蝕處理，引出端子採用鍍錫銅管端子；

7、該進線電抗器與國內同類產品相比具有體積小、重量輕、外觀美等優點，可與國外知名品牌相媲美。

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，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，它還用於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)的擾動和衝擊。輸出電抗器主要應用於工業自動化系統工程中，特別是使用變頻器的場合，用於延長變頻器的有效傳輸距離，有效抑制變頻器的IGBT模塊開關時產生的瞬間高壓。

輸出電抗器的使用説明：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，儘量選用非屏蔽電纜。

輸出電抗器的特點：

1、適用於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佈電容的影響，抑制輸出諧波電流；

3、有效地保護變頻器和改善功率因數。

輸入電抗器的作用是限制變流器換相時電網側的電壓降；抑制諧波以及並聯變流器組的解耦；限制電網電壓的跳躍或電網系統操作時所產生的電流衝擊。當電網短路容量與變流器變頻器容量比大於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%。當電網短路電壓大於6%時，允許輸入電抗器運行。對於12脈動整流單元，至少需要一相對電壓降為2%的網側進線電抗器。輸入電抗器主要應用於工業/工廠自動化控制系統中，安裝在變頻器、調速器與電網電源輸入電抗器之間，用於抑制變頻器、調速器等產生的浪湧電壓和電流，最大限度的衰減系統中的高次諧波及畸變諧波。

輸入電抗器的特點：

1、適用於無功功率補償和諧波的治理；

2、輸入電抗器用來限制電網電壓突變和操作過電壓引起的電流衝擊；對諧波起濾波作用，以抑制電網電壓波形畸變；

3、平滑電源電壓中包含的尖峯脈衝，平滑橋式整流電路換相時產生的電壓缺陷；

4、能阻止來自電網的干擾，減少整流單元產生的諧波電流對電網的污染。 ^[5] 

CRT 作為一種重要的可控電抗器類型， 對其分類的研究尚無文獻報道。 近些年的研究主要集中在控制繞組的結構形式及控制方式的方面， 筆者根據控制繞組的結構不同將 CRT 分為單控制繞組型、多控制繞組型、多並聯支路型、控制繞組分級式。 ^[3] 

1 單控制繞組型電抗器

單控制繞組型只有一個控制繞組 (單相)，考慮諧波抑制目的，增加一個第三繞組。 隨着晶閘管觸發角的變化，電抗器的功率也隨之變化， 由於晶閘管的不完全導通 ， 將向CRT 注入諧波。 W3 為諧波抑制繞組，多個 LC 濾波器與其並聯， 用來抑制電抗器運行中產生的 3、5、7等各次諧波， 每個 LC 支路對相應次數的諧波產生諧振， 呈現很低的純電阻性阻抗。 如果將 W3 置於W1 與 W2 之間時，將獲得很小，甚至為零的等效電抗，這時諧波電流將不會流入 W1，達到諧波抑制效果。 這種 CRT 的工作繞組與控制繞組間短路阻抗達到 100%， 它的諧波補償繞組連接 LC 濾波器，連結成三相三角形。 諧波含量低至 2%～3%。 在印度輸電系統中投入使用的 CRT 就是這種結構形式。單控制繞組型 CRT 主要有兩個優點：一是高速響應， 尤其對比磁控式電抗器； 二是低諧波，在CRT 結構上增加帶濾波器的第三繞組，相對於 BBC的 CRT 高壓側安裝的濾波裝置，不但成本經濟而且效果更好。 當然這種 CRT 也存在一些缺點，一是高低壓兩個繞組導致增大造價，二是降壓後的工作電流按變比增大並全部通過晶閘管，必須象直流閥站那樣設置相應的散熱控制裝置，佔地和運行維護工作量大。 對於早期 BBC 的 CRT，鐵心損耗較大是主要缺陷之一。 研究表明，通過改進 CRT 磁路結構，在線圈頂部設置硅鋼磁卷或使磁軛寬度覆蓋全 部繞組，將漏磁通收集和導引到磁軛之中，可以顯著降低電抗器的損耗。 ^[3] 

這種結構的 CRT 不但被用於輸電系統中，還可用於配電網中性點接地自動滅弧系統，略有不同的是不帶有第三繞組。 由其組成的快速自動消弧系統具有伏安特性線性度優良、響應快、電流由零到額定值都能無級連續調節、補償效果好、對系統適應性強等優點。 ^[3] 

2 多控制繞組電抗器

針 對 BBC 的 CRT 存 在 的 諧 波 較 大 的 主 要 缺點，俄羅斯專家 G. N. Aleksandrov 在深入研究後，提出了多控制繞組 CRT 的基本原理。 CRT 實質上相當於高短路阻抗的多繞組變壓器。 W1 為高壓工作繞組，W21、W22、……、W2n 為低壓控制繞組，各個控制繞組中串接反並聯晶閘管， 每個 CW 的額定功率是電抗器總額定功率的一部分， 主要根據電網諧波要求而定。 當第 i 個控制繞組投入工作時，第 1、2、…、i-1 個控制繞組均工作於短路狀態， 第 i+1、i+2、…、n 個控制繞組均工作於開路狀態，可以認為其中沒有諧波電流存在，這樣，工作繞組中的電流諧波只由第 i 個控制繞組的晶閘管的導通程度決定，因此，當依次把控制繞組投入工作並正確控制晶閘管的導通和關斷時，CRT 的功率就可從空載功率到額定功率連續自動變化，而且滿足諧波的要求，必要時控制繞組還要串入限流電抗器。這樣，CRT 不僅繼承了單控制繞組型 CRT 響應速度快的特點，而且具有通過設計控制繞組個數和容量，達到減小諧波的優點。 ^[3] 

3 多並聯支路型電抗器

多並聯支路型 CRT 中繞組 W1 為電抗器的高壓繞組，並接在高壓電網上；繞組 W2 為低壓控制繞組，外接 n 個通過雙向反並聯晶閘管控制的並聯電抗支路。 多並聯支路的作用是將高次諧波電流抑制到預定水平以下而無需濾波裝置。 在對諧波有特殊要求時，也可增加第三繞組為諧波補償繞組，在三相三角形接線中用以抑止 3 及 3 的倍數次諧波。並聯 CRT 是多繞組 CRT 的一種變形結構，兩者具有極為相似的阻抗矩陣，多繞組 CRT 的設計原則同樣適用。在滿足諧波水平要求的前提下，多並聯支路型 CRT 有多種工作模式可供選擇。 分析表明，CRT 主繞組和控制繞組之間的短路阻抗的減小可以簡化設計和提高效率。 多並聯支路型 CRT具有響應速度快、諧波可控、晶閘管工作電壓低、繞組結構簡單等特點。 ^[3] 

4 控制繞組分級式電抗器

分級式 CRT 通 過抽頭 可 將CRT 電抗分成 n 份，每一等份電抗由雙向晶閘管和斷路器並聯組成的複合開關控制投入和切除，對應控制多組輸出容量，實現容量調節。 高低壓繞組間短路阻抗同樣為 100%。 L1、L2、L3 為低壓側電抗，由雙向晶閘管和斷路器控制其投退， 分別控制 100%級、75%級、50%級的電抗器容量。如果開關控制僅使用斷路器，則電抗器不能連續可調，若採用晶閘管控制，則電抗器可連續控制，但存在諧波問題 ^[3]  .

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。電抗器使用壽命由製造它的材料所決定。製造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類。金屬材料耐高温，而絕緣材料長期在較高的温度、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。温度愈高，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壽命。