电抗器类产品技术原理.ppt

电抗器类产品技术讲座文程,产品原理用途设计要点四型号、规格、编号办法,一产品原理,1.定义因其电感特性而应用于电力系统中的装置或器件叫电抗器，也就是常说的电感线圈。其中电感L是结构参数，与电源无关；电抗X（X=L）与电源有关。有磁场交变就会产生电场，电场交变也会产生磁场。在电源的作用下：a.电感L有可能变化。如铁心磁饱和，非线性材料组成磁路。b.电抗与电源频率有关：,2.原理,又由可得（可得磁阻为：）,结论：电感线圈的电感值与线圈匝数平方、线圈磁路材料导磁率、导磁面积成正比；与磁路长度成反比。电感线圈的电感值等于匝数平方除以磁路磁阻。,3.工业产品要解决的问题,简要的说，在满足电路对电抗器的电感值、电抗值的前提下，还要能通过其所要求的电流以及其它部位的绝缘安全。总之一句话，安全、可靠、经济、合理。这样的电感就包括线性电感、饱和电感、可调电感、可控电感；电流：长期电流、短时电流、动热稳定电流、谐波电流分量、直流分量这些因素的不同考虑与电抗器的不同用途有关,4.分类,并联电抗器、串联电抗器、限流电抗器、消弧电抗器、启动电抗器、接地变压器、平波电抗器、滤波电抗器、TCR并联电抗器、阻波器等,二、用途,电抗器产品主要应用于电力系统中，还有一些容量较大的电力用户，如石化、钢铁、化工、水厂、自备电场等，还有少量的用于电力电子电路中。SVC用的TCR并抗、滤波电抗器、平波电抗器、启动电抗器都属于用户级，而并抗、串抗、消弧线圈、接地变、限抗多用于电力系统中，大的电力用户也有使用。用途，简单来说，从物理学上讲，电抗器与电容器作用相反。电容器是无功发电机，充电电源，是无功电源；而电抗器是无功用电器，是消耗无功功率的。由此可知电抗器的作用。,1.并联电抗器,变电站轻载或空载时,由于线路容升效应即电容器效应,无功发电机太多.导致线路末端电压升高太多,必须使其降低(不降下来有危害).这时就增加无功功率消耗,投入并抗减小电压升高，有必要时并抗放在线路中部。所以,其用途是降低工频电压升高改善电压分布及降低线损减小潜供电流(超高压电路)有利于消除发电机的自励磁,其基本特性要求:在最高运行电压下可靠运行，一般1.11.15倍在一定电压范围内（140%）电感保持线性,2.串联电抗器,因与并联电容器串联组成并联电容器无功补偿装置而得名限制合闸涌流和涌流频率.我们知道电容器电压不能突变.意味着合闸瞬间电容电流可能很大(可能时间长了开关坏了).抑制系统电压畸变。限制谐波放大作用.由于电容器的电流超前于电压,就相当于发电机.,但加上串联电抗器后，LC回路的特征阻抗对高于其谐调频率的谐波呈现出感性，变成和负载一样，是的消耗器件，都减少了，（也就是降低了母线谐波电压值，抑制了谐波。）,(忽略r不计),3.滤波电抗器,和串联电抗器一样，与电容器组串联组成LC回路实现滤波。简单地说：调谐频率为，低于的谐波包括工频是无功电源，高于的谐波是无功用户，对等于的谐波短路，即母线上电压为零，其他负荷上的电压也为零，则谐波电流也为零。从而达到滤波的效果。,4.限流电抗器,很简单，就是利用电抗器的电抗值，限制线路的短路电流值在一定的可承受范围内，利于故障线路的切除和处理，减少对前级设备和系统的冲击。例如：XKSCKL-10.5-3000-10,在10.5kV无穷大系统中，其可以限制系统短路电流在30kA以内。,5.消弧线圈,单相对地后,大于一定的值时电弧持续或间歇性电弧，将烧毁设备，并容易扩大为两相、三相短路事故，也会导致过电压危及系统绝缘。消弧线圈的作用就是减小。自动调谐消弧线圈接地成套装置，则是加入自动化功能，更准确，更迅捷。但是有许多的难题，主要是信号测量、检入、判断的精确度等方面。,6.接地变压器,无中性点的系统，消弧线圈如何接入呢？接地变就是提供一个人为的中性点。但是与Y型接法又不同，Y型接法有零序磁通、附加损耗、发热现象、阻抗大等问题，也影响二次负荷正常供电，Zn接地变就没有上述问题，同时可作为站用变。,7.启动电抗器,就是电动机起动时，电流很大，母线电压下降较多，对其他负荷正常运行有不利影响，必须减少起动电流。有串入电抗器降压，有通过自耦变压器降压起动，有串入转子电阻减小起动电流等方法。启动完毕要退出，这个过程只有几秒到几十秒的时间。例如一些自来水厂、矿山、钢铁厂、发电厂等用到大型电动机的场所。,8.平波电抗器,多用于直流整流电路中，电压低、电流大，整流后直流电压有较多的交流分量，对直流负荷有危害。例如电镀不均匀。希望负荷上的直流电压分量所占比例尽量高，各次交流分量所占比例尽量低。,平波电抗器对直流分量相当于短路，对交流分量相当于大电抗，这就达到了上述目的。直流电压分量绝大部分由平波电抗器分压。阳极电抗器作用类似。,9.TCR并抗,变化极大的负载，如钢炉，无功负荷也由0100%变化。如果不及时补偿的话，系统电压变化非常大。希望随时调节电容器输出。SVC应运而生。LC回路，图是工频无功补偿兼滤波。TCR在可控硅的控制下，实现无功功率的可调，达到目的。,10.阻波器,阻波器用在超高压110kV及以上线路的高频保护和载波通讯装置中。阻止高频信号进入电力系统。限制其在一定范围内，不影响电力系统。,三、设计要点,电抗器产品设计主要分铁心产品、空心产品。其中铁心产品又分变压器类和电感线圈类。,1.产品基本结构,空心电抗器由于无铁心来限制磁路的路径磁力线在空间发散，也就是电感线圈完全置于磁场中。磁感应强度达到了几百高斯级，因此电感线圈有较多的涡流损耗。为了限制涡流损耗并使局部温升得到控制，空心电抗器采用的是小截面圆铝线多并联支路结构。,铁心电抗器,a.变压器式有接地变、高漏抗消弧线圈、调容式消弧线圈。接地变与高漏抗消弧线圈就是变压器，只不过接地变的一次恻在系统单相对地故障发生时，有短时的零序电流流过时不影响二次负载的正常用电，干变则除了空载外，一二次容量始终相等；高漏抗消弧线圈的突出特点则是100%短路阻抗的单相三线圈变压器，低压短路情况下，高压侧流过额定电流时能可靠运行2小时，第三个线圈连接滤波装置以漏除装置产生的谐波；调容式消弧线圈则是在二次侧投入不同的电容器来等效改变阻抗。,变压器等效电路：,b.铁心带气隙大多数铁心电抗器都是这种结构，包括并抗、串抗、起抗、消弧线圈、平波电抗器等。,(),由于相等，所以两段磁力线的电压U相等，电流、相差很大，所以可以理解为磁路串联相当于电气并联，同样磁路并联相当于电气串联。由此可以看出基本的设计要计算一些什么内容了。,2.设计要点,最重要是电抗器产品的电压等级、长期允许通过的电流或等效电流、目标电抗值三个方面。其次是回头校核设计方案的经济性、可靠性、科学性，再调整再校核。,接地变压器,首先是确定铁心直径：初始值,确定匝数：其中:为初始磁密（T）,S为铁心截面积（）,选择导线规格,根据设计目标确定线圈的结构形式,布置计算线圈的几何尺寸,计算变压器各性能参数,评估,调整（再循环）,评估的基本标准是：各种绝缘距离（可靠性）；各性能参数（可靠性）；外形比例是否协调，是否满足客户的安装环境要求等（科学性）；是否还有更经济且符合要求的方案（经济性）；是否满足工艺可行性简洁性的要求。,可靠性最重要的有：温升、磁密、等等，、是否能同时满足，若同时满足是否成本增加太多。,计算特点由结构特点所致：,（同理得、）,（同理得、）,可得,温度上升曲线：,其中发热时间常数,还有一点，考虑到绝缘材料寿命周期是累积效应的结果，F级平均温升100K，可长期运行达30年。因此无相关标准规定，我们确度接地变压器短时运行温升可达115K而不影响产品寿命。还要注意其它类型接地变压器的设计特点，如接、接、接三线圈式、单相接地变压器等。中性点10S电流计算按GB1094.5。,串联电抗器,确定电抗器的额定值；确定铁心直径；确定线规，设计线圈；计算电抗、设计气隙和铁饼分布；评估（温升为1.35倍电流下）；调整,特点：线圈类似变压器低压线圈，但运行工况不同，有冲击；铁心漏磁大于变压器，因此要尽量减少线圈等的涡流损耗等。变压器中能用的大截面线规尽量不在铁心电抗器中使用。由于气隙的存在，磁场畸变严重，大型铁心按辐射扇形饼形式制作。雷电冲击的考虑、设计。,消弧线圈,消弧线圈有调匝式、调容式及单相高漏抗变压器式。调匝式就是通过改变线圈的匝数来改变电抗；调容式就是在二次线圈上投入不同容量的电容器来改变电抗器的等效阻抗；单相高漏抗变压器式消弧线圈则是单相变压器，它通过调节连接在低压侧首末两端的可控硅的导通角来调节电抗器的等效阻抗由额定阻抗到空载激磁阻抗之间变化。其各自的设计特点有：调匝式的桥接（分接头）达到调感的目的。由于各档的电流大小不同，所用的线规也会改变。各档的电抗高度不同；调容式消弧线圈注意内外线圈最大电流不同时工况的温升校核；高漏抗消弧线圈则是涡流损耗较大，但有很多不在线圈中。,起动电抗器,起动电抗器的选型实际上归结为我们怎样建立计算所需的等效电路，以及选用起动电抗器所要达到的目的是什么。是保持母线电压还是降低起动电流到某一确定值，还是两者都有要求。,起动电抗器只有电动机起动过程中通电运行，正常运转后自动退出运行。因此起动电抗器为短时运行方式，校验短时绕组温升（基本上是绝热温升计算）120S不超过150K。因此，起动电抗器线圈电密、磁密均较高。起动电抗器连续两次起动，每次不超过60S，后第三次起动必须120min之后才行。,并联电抗器,并联电抗器线圈与干变比较，注意其线规不能太大，其温升应在最大连续运行电压下考核，即长期过载能力有要求，通常1.11.2倍。与串抗比较，其线圈端电压高十几倍，相同容量的电流小许多。铁心部分与串抗等同样设计。但是并抗通常容量大、个体大、重量大。,平波电抗器,平波电抗器我们很少，几乎没有生产，但其设计要注意。要使其正常发挥作用，必须使其在纹波电流和直流分量同时作用下铁心磁路不会饱和。线圈电流以直流分量为准。,空心电抗器设计,基础知识A.空心电抗器的优点及结构相对于传统的油浸式铁心电力电抗器及水泥电抗器来讲，空心电抗器具有重量轻、电感线性度好、机械强度高、噪音低、抗短路冲击能力强；更为突出的是干式空心电抗器可以常年置于户外环境下而无需检修；此外由于采用了阻燃材料，干式空心电抗器对防火无严格的要求，可以减少电站及其安装场地的基建投资；同时干式空心电抗器比水泥电抗器损耗更小、体积更小。空心电抗器的基本结构形式如图所示。它实际是由多层同轴线圈并联而成。为了散热的原因，这些线圈又被分成了数组，每组构成一个包封。星形架的设置最大限度的完成了分数匝的绕制。完成了线圈的支撑与放置。,由于层与层及匝与匝之间有强烈的互感存在，这种电抗器的设计计算非常复杂，几乎无法由人工来完成，必须由计算机完成。所以计算机未普遍应用之前，这种电抗器没有得到广泛的开发。,B.电感互感计算,根据电磁学中的公式（Neurrann公式）及微分学原理，不难得出图中所示半径分别为、，高度分别为、，单位长度匝数分别为、，中心距离为S的同轴等壁螺线管之间的互感为：,其中:,函数,由上式出发，可以求得高度为H，半径为R，单位长度匝数为N的薄壁螺线管的自感为：,只要计算和的值就可以了。由计算机完成。有了上述计算，那么每一层每一包封及其相互之间的互感都可以计算出，并调整，就可以设计上述空心电抗器了。,C.手工设计空心电抗器，设计计算程序,a.由线圈绕制的单层圆筒式线圈的电感（mH）式中：n线圈匝数D线圈平均直径（cm）KD/h的函数h线圈高度b.由圆线绕制的多层圆筒式线圈的电感当hD时：（mH）