第8章 限流电器总结Word格式文档下载.docx

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最通俗的讲，能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。

电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。

它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。

在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。

如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。

因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。

由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性

限流电抗器所属现代词，指的是电力系统用的各类限流电抗器，往往是固定电感式的电抗器。

限流电抗器一般用于配电线路。

从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器，以限制馈线的短路电流，并维持母线电压，不致因馈线短路而致过低。

限流电抗器-简介 

电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。

由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。

限流电抗器-电抗器分类：

按结构及冷却介质、按接法、按功能、按用途进行分类。

1按结构及冷却介质：

分为空心式、铁心式、干式、油浸式等，例如干式空心电抗器、干式铁心电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。

2按接法：

分为并联电抗器和串联电抗器。

3按功能：

分为限流和补偿。

4按用途：

按具体用途细分，例如限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器（可调电抗器、可控电抗器）、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。

限流电抗器-电力系统中电抗器的作用 

电力系统中所采取的电抗器 

常见的有串联电抗器和并联电抗器。

串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。

220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。

可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。

超高压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）轻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）改善长输电线路上的电压分布。

（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同时也减轻了线路上的功率损失。

（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）当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时，还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流自动熄灭，便于采用。

限流电抗器_空心限流电抗器

限流电抗器-一、产品说明 

公司设计生产的限流电抗器是串联连接在0.4～63（kV）输变电系统中，在系统发生故障时，用以限制短路电流，使短路电流降至其后设备的允许值。

现在电力系统用的各类限流电抗器，往往是固定电感式的电抗器，但是系统电压很不稳定，再加之设备更新换代、增容或者改造，就需要不同阻值的限流电抗器来适应电网及变频器、直流调速器、软启动器等设备的正常运行，更好的滤除谐波干扰，限制短路电流和突发电流对电机的影响。

限流电抗器-二、执行标准 

1.GB/T10229-1988 

电抗器标准

2.JB5346-1998 

串联电抗器标准

3.IEC289：

1987 

限流电抗器-三、绝缘等级：

F级或H级 

限流电抗器-四、适用环境 

1.海拔不超过2000m；

2.环境温度-25～+45（℃），相对湿度不超过90%；

3.电源电压的波形近似于正弦波；

4.周围无有害气体，无易燃易爆物品；

5.周围环境应有良好的通风条件，如装在柜内，应加装通风设备。

限流电抗器-五、技术参数 

绝缘结构：

干式电抗器

有无铁心：

铁心式电抗器

产品认证：

CE

用 

途：

限流电抗器

额定电流：

100～10000（A）

系统额定电压：

0.4～63（KV）

型 

号：

XKSG-0.4/100-8

品 

牌：

萨顿斯

电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。

然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；

有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心，称铁心电抗器。

电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器（电感器）和容抗器（电容器）统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。

分类

1、按结构及冷却介质：

分为空心式、铁心式、干式、油浸式等，例如 

电抗器（图2）（3张）

：

干式空心电抗器、干式铁心电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。

2、按接法：

3、按功能：

4、按用途：

按具体用途细分，例如：

限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器（可调电抗器、可控电抗器）、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。

作用

电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。

电抗器（图4）

1、轻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、改善长输电线路上的电压分布；

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同时也减轻了线路上的功率损失；

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、当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时，

电抗器（图5）

还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流自动熄灭，便于采用。

电抗器的接线分串联和并联两种方式。

串联电抗器通常起限流作用，并联电抗器经常用于无功补偿。

1、半芯干式并联电抗器：

在超高压远距离输电系统中，连接于变压器的三次线圈上。

用于补偿线路的电容性充电电流，限制系统电压升高和操作过电压，保证线路可靠运行。

2、半芯干式串联电抗器：

安装在电容器回路中，在电容器回路投入时起。

[1] 

电抗器的限流和滤波作用：

电网容量的扩大，使得系统短路容量的额定值迅速增大。

电抗器（图6）

如在500kV变电所的低压35kV侧，最大的三相对称短路电流有效值已经接近50kA。

为了限制输电线路的短路电流，保护电力设备，必须安装电抗器，电抗器能够减小短路电流和使短路瞬间系统的电压保持不变。

在电容器回路安装阻尼电抗器（即串联电抗器），电容器回路投入时起抑制涌流的作用。

同时与电容器组一起组成谐波回路，起各次谐波的滤波作用。

如在500kV变电所35kV无功补偿装置的电容器回路中，为了限制投入电容器时的涌流和抑制电力系统的高次谐波，在35kV电容器回路中必须安装阻尼电抗器，抑制3次谐波时，采用额定电压35kV，额定电感量26.2mH，额定电流350A干式空心单相户外型阻尼电抗器，它与2.52Mvar电容器对3次谐波形成谐振回路，即3次谐波滤波回路。

同样，为了抑制5次及以上高次谐波，采用了额定电压35kV，额定电感量9.2mH，额定电流382A单相户外型阻尼电抗器，它与2.52Mvar电容器对5次及以上高次谐波形成谐振回路。

起到了抑制高次谐波的作用，需要说明的是，在国家标准《电抗器》GB10229—88和IEC289—88国际标准中均对阻尼电抗器的使用和技术条件作了规定。

但目前国内有些部门将阻尼电抗器称为串联电抗器，严格来讲是不合适的，因为上述标准中均没有串联电抗器这个名称。

[2] 

应用

发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。

电抗器（图7）

铁心式电抗器由于分段铁心饼之间存在着交变磁场的吸引力，因此噪音一般要比同容量变压器高出10dB左右。

并联电抗器里面通过的交流，并联电抗器的作用是补偿系统的容抗。

通常与晶闸管串联，可连续调节电抗电流。

里面通过的是交流，串联电抗器的作用是与补偿电容器串联，对稳态性谐波（5、7、11、13次）构成串联谐振。

通常有5~6%电抗器，属于高感值电抗器。

调谐电抗器：

里面通过的是交流电，串联电抗器的作用是与电容器串联，对规定的n次谐波分量构成串联谐振，从而吸收该谐波分量，通常n=5、7、11、13、19。

进线电抗器：

亦称换相电抗器，用于电网进线中，通过的是交流电流，进线电抗器的作用是限制变流器换相时电网侧的压降和晶闸管的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt，以及并联变流器组的解耦。

阻尼电抗器：

（通常也称串联电抗器）与电容器组或密集型电容器相串联，

电抗器（图8）

用以限制电容器的合闸涌流。

这一点，作用与限流电抗器相类似滤波电抗器滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器，一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。

直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道，以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源，必须加以滤除，不让其进入系统。

电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。

消弧线圈：

消弧线圈广泛用于10kV-63kV级的谐振接地系统。

由于变电所的无油化倾向，因此35kV以下的消弧线圈现很多是干式浇注型。

平波电抗器：

平波电抗器用于整流以后的直流回路中。

整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。

这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。

直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。

直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。

平波电抗器在整流电路中是个重要元件，在中频电源中主要作用是：

1、限制短路电流，（逆变晶闸管换相时同时导通相当于整流桥负载直接短路）没有电抗器就直接短路。

2、抑制中频分量对工频电网的影响。

3、滤波作用（整流电流带有交流成分；

高频交流不易通过大电感）使

电抗器（图9）

整流输出波形连续，如不连续，就会出现电流为零的时间，这时逆变桥停止工作，造成整流桥开路的现象。

4、并联逆变电路的输入功率有无功分量的吞吐，逆变桥的输入电路中必定有储能的元件电抗器。

直流控制的饱和电抗器：

串在电路中的扼流式或自饱和饱和电抗器，在电压正弦波的周期内，饱和电抗器在饱和前吸收了一定的伏-秒，达到饱和，以后就呈全开放状态。

因此其输出电压是非正弦的，这种饱和电抗器的作用与晶闸管相似。

电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。

接线方法

ABCXYZ六个端子，可以将ABC作为电抗器进线端，XYZ作为电抗器出线端；

也可以将XYZ作为电抗器进线端，ABC作为电抗器出线端。

这没有什么具体的进线、出线的顺序要求，怎么接都行，对变频器不会有影响。

只是注意一点：

ABC、XYZ这两套端子，接线时不能互相交叉。

特点

进线电抗器

1、该进线电抗器为三相，均为铁芯干式；

2、铁芯采用优质低损耗进口冷轧硅钢片，

电抗器（图10）

气隙采用环氧层压玻璃布板作间隔，以保证电抗器气隙在运行过程中不发生变化；

3、线圈采用H级漆包扁铜线绕制，排列紧密且均匀，外表不包绝缘层，且有极佳的美感且有较好的散热性能；

4、进线电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘→真空浸漆→热烘固化这一工艺流程，采用H级浸渍漆，使电抗器的线圈和铁芯牢固地结合在一起，不但大大减小了运行时的噪音，而且具有极高的耐热等级，可确保电抗器在高温下亦能安全地无噪音地运行；

5、进线电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料，减少运行时的涡流发热现象；

6、外露部件均采取了防腐蚀处理，引出端子采用镀锡铜管端子；

7、该进线电抗器与国内同类产品相比具有体积小、重量轻、外观美等优点，可与国外知名品牌相媲美。

输出电抗器

输出电抗器亦称马达电抗器，它的作用是限制电机连接电缆的容性充电电流及使电机绕组上的电压上升率限制在54OV/us以内，一般功率为4-90KW变频器与电机间的电缆长度超过50m时，应设置输出电抗器，它还用于钝化变频器输出电压（开关的陡度），减少对逆变器中的元件（如IGBT）的扰动和冲击。

输出电抗器主要应用于工业自动化系统工程中，特别是使用变频器的场合，用于延长变频器的有效传输距离，有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压。

输出电抗器的使用说明：

为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

输出电抗器的特点：

1、适用于无功补偿和谐波的治理；

2、输出电抗器主要作用是补偿长线分布电容的影响，抑制输出谐波电流；

3、有效地保护变频器和改善功率因数，能阻止来自电网的干扰，减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

输入电抗器

输入电抗器的作用是限制变流器换相时电网侧的电压降；

抑制谐波以及并联变流器组的解耦；

限制电网电压的跳跃或电网系统操作时所产生的电流冲击。

当电网短路容量与变流器变频器容量比大于33:

1时，输入电抗器的相对电压降，对单象限工作为2%，四象限为4%。

当电网短路电压大于6%时，允许输入电抗器运行。

对于12脉动整流单元，至少需要一相对电压降为2%的网侧进线电抗器。

输入电抗器主要应用于工业/工厂自动化控制系统中，安装在变频器、调速器与电网电源输入电抗器之间，用于抑制变频器、调速器等产生的浪涌电压和电流，最大限度的衰减系统中的高次谐波及畸变谐波。

输入电抗器的特点：

1、适用于无功功率补偿和谐波的治理；

2、输入电抗器用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击；

对谐波起滤波作用，以抑制电网电压波形畸变；

3、平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷。

使用寿命

电抗器在额定负载下长期正常运行的时间，就是电抗器的使用寿命。

电抗器使用寿命由制造它的材料所决定。

制造电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类。

金属材料耐高温，而绝缘材料长期在较高的温度、电场和磁场作用下，会逐渐失去原有的力学性能和绝缘性能，例如变脆、机械强度减弱、电击穿。

这个渐变的过程就是绝缘材料的老化。

温度愈高，绝缘材料的力学性能和绝缘性能减弱得越快；

绝缘材料含水分愈多，老化也愈快。

电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运行产生的负荷和周围环境的作用，这些负荷的总和、强度和作用时间决定绝缘材料的使用寿命。

限流电抗器和串联电抗器区别是

限流电抗器主要是限制短路电流，串联电抗器主要作用是补偿无功功率，和滤除某次谐波

限流电抗器应用中存在问题及解决对策

1前言

在电力系统中，限流电抗器主要作用是当电力系统发生短路故障时，利用其电感特性，限制系统的短路电流，降低短路电流对系统的冲击，同时降低断路器选择的额定开断容量，节省投资费用，同时提高系统的残压。

但使用限流电抗器后，会存在很大的电能损耗，系统有大的波动时如启动大容量电动机产生大的电压降影响其它设备正常运行，使发电机调压困难影响系统稳定。

同时对周围供电设备、建筑物以及通讯设施都会产生较大的影响，甚至造成设备异常。

如何消除电抗器产生的影响，已经成为电力系统正常运行中所面临的一个非常重要的问题。

2问题的提出

恒通化工热电厂现有三台60MW发电机，三台15MW发电机，总装机容量22.5万KW,年发电量12.7亿度。

厂用电采用6KV供电，由发电机出口直接供给。

为限制短路电流而串接限流电抗器给两段6KV母线供电，6KV系统采用单母线分段式接线，厂用电系统主接线（以4#发变组为例）见图1。

图1

在运行过程中，发现以下问题

2.1当启动大容量电动机如给水泵时，6kv母线电压降低到80%左右影响其它电机及用户正常使用。

曾经出现过两台给水泵同时启动时电抗器后备保护动作跳闸的事故，严重影响了系统的安全稳定运行。

2.2当电抗器运行在额定电流70%左右时，电抗器线圈发热严重，出现绕组过热变色现象。

2.3电抗器长期串联在系统中本身消耗巨大无功及有功，导致运行不经济

2.4系统受到大扰动时电压波动大，给发电机电压调节造成困难，影响系统稳定

3问题的解决对策

3.1解决思路

为了解决这个问题，经过技术咨询和考察，发现利用国内一种大容量高速开关装置（简称FSR装置）可消除电抗器产生的影响。

具体解决办法是将FSR装置并联在电抗器两端，如图2。

图2

正常运行时，高速开关装置（FSR）将电抗器短接，由于FSR阻抗约为0.1mΩ（其中直流电阻约20μΩ），而电抗器阻抗一般在0.15～0.9Ω（即150mΩ～900mΩ）之间，所以正常运行时电抗器被FSR短接而不起作用电流流经高速开关装置，当厂用6KV母线及以下出现短路故障时，高速开关快速熔断，将电抗器投入主回路中限制短路电流，而短路故障仍由故障处断路器开断。

3.2FSR装置的工作原理

该装置主要由桥体FS、熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元等组成，简称FSR。

FS与FU阻抗相比为1∶2000。

因此正常运行时工作电流经FS流过。

系统发生故障短路时，接到测控单元的分断命令后，FS在0.15ms之内爆破断开，电流转移至FU。

FS断开后全部短路电流转移到FU，使FU在0.5ms内熔断，并产生足够的弧压。

FU断开时产生的弧压使其导通，吸收FU开断后产生的电弧能量及电源注入的能量，使FU顺利熄弧，并把断开时的过电压限制在允许的2.5倍相电压范围内。

检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过定值时，判断为短路发生，并采用3个相同的独立工作的测控部件，以“三取二”动作方式做出判断，向FS发出分断信号。

如图3

图3

桥体FS：

因FS电阻为uΩ级，而熔断器FU电阻为mΩ级，故正常时工作电流经桥体流过，短路时接到测控单元的分断命令后，在0.15ms之内爆破断开，电流转移到熔断器FU。

熔断器FU：

FS断开后，全部短路电流转移到熔断器，在0.5ms以内熔断器熔断，并产生足够的弧压。

非线性电阻FR：

熔断器熔断时产生的弧压使其导通，吸收电感中存在的磁能及电源注入的能量，使熔断器顺利熄弧，同时把开断时的过电压限制在2.5倍的额定相电压之内。

测控单元：

检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过整定值时，判断为短路发生，采用三个相同的独立工作的CPU部件，以“三取二”表决方式判断，向桥体发出分断命令。

3.3FSR装置的特点

3.3.1载流量大：

目前国内真空断路器额定电流只能做到4kA，而FSR装置最大额定电流可做到12kA，完全可满足目前电力系统的需要。

3.3.2开断速度快：

短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减为零，故障被完全切除。

与传统的断路器继电保护方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。

3.3.3开断过程中无危害性过电压：

氧化锌良好的非线性特性，可将开断过电压限制在2.5倍的额定相电压以内。

3.3.4开断容量可以足够大：

目前可做到240kA，足以满足一般情况下切断短路电流的需要。

3.3.5灵敏度更高：

故障时电流变化率增加明显，该装置引入了电流变化率作判据，灵敏度更高。

3.4FSR装置动作电流整定原则

3.4.1当初在6kV母线进线处设计限流电抗器，其目的是降低6kV系统三相短路电流。

发生三相短路故障时，电抗器应可靠投入，从而要求FSR装置在短路电流上升的初始阶段应可靠断开，故FSR动作值应取90%的三相短路电流值。

3.4.2其它负荷正常运行时，应躲过最大配电变压器空载合闸电流，并取1.3倍的可靠系数。

3.4.3其它负荷正常运行时，应躲过最大电动机的启动电流，也取1.3倍的可靠系数。

综合以上三种情况，选择最大电流做为FSR装置的动作电流

3.5应用实践

我厂4#机组采用电抗器与FSR装置并联运行方案后，解决了电抗器产生的影响。

3.5.1由于正常运行时，电抗器被短接无电流流过，解决了运行中发热严重的问题，系统受到大扰动时电压波动大，发电机电压调节也十分方便。

3.5.2消除了电抗器产生的电压降，提高了电压质量。

3.5.3启动大容量电动机如给水泵时，6kv母线电压降仅为5℅左右，保证了系统的安全稳定运行。

3.5.4消除了电抗器产生的电能损耗,节能效果显著,年节约电费12.4万元。

通过查阅电抗器手册中电抗器额定容量、功率损耗等参数，以及我厂4#机组运行实际。

电抗器年功率损耗计算如下：

A=3×

⊿A×

T=3×

β2×

（⊿P+⊿Q）×

T

（⊿P=PK=12.196KW⊿Q=0.02Seβ=I/IeIe=2000A运行电流I=1240A）

A=3×

（⊿P+0.02Se）×

0.622×

（12.196+0.02×

924×

24×

365=10102.032×

30.676=309889.9336

每度电按0.4元计算，电抗器年损耗：

0.4×

A=0.4