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鐵心串聯(lián)電抗器與空心串聯(lián)電抗器的比較 摘 要：近幾年在國內(nèi)變電站根據(jù)系統(tǒng)無功補(bǔ)償，需在站內(nèi)配置相應(yīng)容量的串聯(lián)電抗器，但串聯(lián)電抗器的型式有兩種分別為鐵芯和空芯兩種。本文對鐵心串聯(lián)電抗器及空心串聯(lián)電抗器進(jìn)行相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)比較，以備參考。
關(guān)鍵詞：鐵心串聯(lián)電抗器；空心串聯(lián)電抗器；損耗；漏磁污染；運行監(jiān)控；
一、引 言
環(huán)氧包封式空心串聯(lián)電抗器由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低等優(yōu)勢在國內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。經(jīng)過長時間的運行，已出現(xiàn)了許多運行故障，有的被迫停運處理，有的甚至燒毀設(shè)備（綜合評估，全生命周期成本并不經(jīng)濟(jì)）。已有許多變電站發(fā)生過空心串聯(lián)電抗器燒毀現(xiàn)象，如：云南曲靖變、廣東增城變、江西南昌變等等。其燒毀的主要原因是：
1、空心電抗器表面噴涂的絕緣材料老化及表面污物沉積。在環(huán)境濕度大的情況下，表面污層會受潮，導(dǎo)致表面泄漏電流增大，最后形成沿面樹枝狀放電而燒毀；
2、空心電抗器絕緣材料的環(huán)境適應(yīng)能力差。在高海拔、鹽霧、晝夜溫差大等情況下絕緣老化速度加快。
空心串聯(lián)電抗器的絕緣老化及漏磁問題是其無法避免的兩大缺陷！空心串聯(lián)電抗器漏磁產(chǎn)生的危害相當(dāng)嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為：
1、對周圍的電磁污染，使計算機(jī)和通訊無法正常運行。
2、對鋼結(jié)構(gòu)件的建筑物有著嚴(yán)重的危害。
3、對接地網(wǎng)，遮欄、構(gòu)架等，都可能因金屬體構(gòu)成閉環(huán)造成較嚴(yán)重的漏磁問題。若有閉環(huán)回路，如地網(wǎng)、構(gòu)架、金屬遮欄等，其漏磁將感應(yīng)環(huán)流達(dá)數(shù)百安培。
漏磁將增大空心電抗器的損耗，因其建立的反向磁場同電抗器的部分繞組耦合而使電抗器電流增大和電位分布改變。對于空心電抗器漏磁問題目前辦法不是很多，一些廠家和電力局采用增加磁屏蔽的方法，但其效果不是很理想。因為漏磁問題空心串聯(lián)電抗器不適合室內(nèi)運行，只適合戶外運行。而戶外運行其絕緣受到的威脅又非常大。
二、與空心電抗器相比較，鐵心電抗器在性能方面擁有較大優(yōu)勢。
1、運行穩(wěn)定性
空心電抗器線圈以常壓固化的環(huán)氧樹脂為外包絕緣，其可耐受電壓極其有限，由于線圈對地電容和匝間縱向電容的影響，電壓分布不均勻。在不均勻的電場及潮濕、污穢的作用下，電抗器表面電位梯度較大的地方，空氣將局部游離形成電暈和迅速移動的分枝滑閃放電。空氣游離也將在絕緣表面產(chǎn)生亞硝酸和硝酸，腐蝕絕緣，最終造成空心電抗器匝間擊穿短路。另外，在高海拔、鹽霧、晝夜溫差大等情況下空心電抗器的絕緣老化速度也會加快。這都屬原理性缺陷，因此空心電抗器對運行環(huán)境的適應(yīng)能力較差，運行過程中存在安全隱患。江浙部分地區(qū)規(guī)定在雨后24小時內(nèi)不許對空心電抗器進(jìn)行投切操作，也反映了對空心電抗器能否安全穩(wěn)定運行的擔(dān)憂。
鐵心電抗器方面，干式鐵心電抗器的線圈絕緣為真空澆注環(huán)氧樹脂，油浸式電抗器絕緣為油紙配合絕緣。兩種絕緣方式的穩(wěn)定性都很高，可保證產(chǎn)品安全穩(wěn)定地運行。由此可見，鐵心電抗器的運行穩(wěn)定性優(yōu)于空心電抗器。
2、產(chǎn)品損耗
由于空心串聯(lián)電抗器以空氣為導(dǎo)磁介質(zhì)，其磁場散發(fā)。包封的漏磁通過其它包封時則在該包封產(chǎn)生環(huán)流損耗，因此其損耗較大。而鐵心式串聯(lián)電抗器由鐵心作為導(dǎo)磁介質(zhì)，其磁場集中，漏磁小，因此其損耗比空心電抗器小很多。
舉例說明：以電壓等級10kV，三相容量10000kvar（單相容量3334kvar）的串聯(lián)電抗器為例：國家標(biāo)準(zhǔn)JB/T10775-2007《6kV~35kV級干式串聯(lián)電抗器技術(shù)參數(shù)和要求》中要求：干式鐵心串聯(lián)電抗器BKSC-10000/10損耗值為≤43kW(115℃)，即≤38kW(75℃)；干式空心串聯(lián)電抗器BKSCKL-10000/10損耗為不大于64kW(75℃)。即按照標(biāo)準(zhǔn)要求鐵心串聯(lián)電抗器的損耗比空心串聯(lián)電抗器低26kW（75℃）。
由此可見，使用經(jīng)濟(jì)性方面，鐵心電抗器運行成本是優(yōu)于空心電抗器。
3、占地面積
空心串聯(lián)電抗器為每相一臺，每組三臺。為避免漏磁影響，其相與相間距須不小于1.7倍直徑距離，每相周圍還須保持不小于1.5倍直徑距離的空間以防止漏磁污染。因此空心電抗器的占地面積相對較大。鐵心電抗器可制造為三相一體，且由于鐵心電抗器的漏磁微小無需預(yù)留漏磁污染距離，因此鐵心電抗器的占地面積大大小于空心電抗器。由此可見，與使用空心電抗器相比使用鐵心電抗器將大大節(jié)約占地成本。
4、漏磁污染
鐵心電抗器由于擁有良好的導(dǎo)磁介質(zhì)，其漏磁幾乎可以不做考慮。空心電抗器的漏磁是其一大原理性缺陷。由于漏磁污染，空心串聯(lián)電抗器不適戶內(nèi)運行。另外，空心電抗器的漏磁還易使周圍的金屬產(chǎn)生環(huán)流，這將增大產(chǎn)品運行損耗，同時還威脅變電站內(nèi)其它設(shè)備及運行維護(hù)人員的人身健康。由此可見，在漏磁污染方面鐵心電抗器比空心電抗器更環(huán)保。
5、運行監(jiān)控方面
空心電抗器至今依然沒有有效的運行監(jiān)控手段，在電抗器出現(xiàn)事故之前無法對其內(nèi)部的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的監(jiān)控。因此，空心電抗器事故往往不可預(yù)知；均屬突發(fā)事件，而造成突發(fā)停電。
油浸式串聯(lián)電抗器通過對變壓器油中氣體、油溫及油箱內(nèi)壓力的監(jiān)測來實現(xiàn)對電抗器狀態(tài)的監(jiān)控。在電抗器絕緣狀態(tài)出現(xiàn)變化時能夠及時反映，從而在一定程度上避免突發(fā)事故，提高供電可靠性。由此可見，對產(chǎn)品運行狀態(tài)的監(jiān)測方面，油浸式鐵心電抗器優(yōu)于空心電抗器。
綜上所述，鐵心電抗器（包括油浸式及干式鐵心電抗器）在各性能指標(biāo)、運行穩(wěn)定性及性價比等方面均優(yōu)于空心電抗器。
三、電抗器全壽命運行成本比較
500kV變電站所常用的35kV電壓等級60000kvar容量的串聯(lián)電抗器：使用時間30年，對使用空心串聯(lián)電抗器與油浸式鐵心串聯(lián)電抗器成本（按利率7%計算現(xiàn)值）進(jìn)行對比：
1、空心串聯(lián)電抗器：
購買設(shè)備投入：價格110萬元/組，每組使用壽命為15年。30年使用（2臺）成本現(xiàn)值為：110+110×(P/S,7%,15)=110+110×0.3624=149.864（萬元）；
運行電能損耗：按國標(biāo)JB/T10775-2007要求，每組空心電抗器損耗值196.5kW（75℃）。假定電價為0.4元/度則每年運行損耗（按每天24小時運行，每年運行365天）：196.5×24×365×0.4=68.8536（萬元）；30年運行損耗現(xiàn)值為：68.8536×(P/A,7%,30)= 68.8536×12.4090=854.41（萬元）；
占地成本：產(chǎn)品占地約104平方米，假定土地價格0.5萬元/平方米。則占地成本為:104×0.5=52萬元；
維護(hù)成本：每年涂RTV涂料成本300元，人工成本700元。30年成本現(xiàn)值為：0.1×(P/A,7%,30)=0.1×12.4090=1.24（萬元）；
產(chǎn)品報廢后殘值約為7萬元，2臺產(chǎn)品報廢后殘值的現(xiàn)值為：7×(P/S,7%,15)+7×(P/S,7%,30)=7×0.3624+7×0.1314=3.46 （萬元）；
空心串聯(lián)電抗器使用總成本現(xiàn)值為：S空=購買設(shè)備投入+運行電能損耗+占地成本+維護(hù)成本-殘值=149.864+854.41+29+1.24-3.46=1054.054（萬元）；
2、油浸式鐵心串聯(lián)電抗器：
購買設(shè)備投入：價格240萬元/組，每組使用壽命為30年。30年使用成本現(xiàn)值為：240×1=240（萬元）；
運行電能損耗：產(chǎn)品損耗值115kW（75℃）。假定電價為0.4元/度則每年運行損耗（按每天24時運行）：115×24×365×0.4=40.296（萬元）；30年運行損耗現(xiàn)值為：40.296×(P/A,7%,30) =40.296×12.4090 = 500.04（萬元）；
占地成本：產(chǎn)品占地約29平方米，假定土地價格0.5萬元/平方米。則占地成本為:29×0.5=14.5萬元；
維護(hù)成本：每年進(jìn)行油樣檢查，成本100元，人工成本100元。30年成本現(xiàn)值為：0.02×(P/A,7%,30)=0.02×12.4090=0.25（萬元）；
產(chǎn)品報廢后殘值約為35萬元，殘值現(xiàn)值為：35×(P/S,7%,30)=35×0.1314=4.60（萬元）
油浸式鐵心串聯(lián)電抗器使用總成本現(xiàn)值為：S鐵=購買設(shè)備投入+運行電能損耗+占地成本+維護(hù)成本-殘值 = 240+500.04+14.5+0.25-4.60 = 750.18（萬元）；
使用鐵心串聯(lián)電抗器比使用空心串聯(lián)電抗器成本節(jié)約：
S空-S鐵=1054.054-750.18=303.874（萬元）；
四、結(jié)論
由此可見，雖然價格上鐵心電抗器比空心電抗器高，初期投資較大。但從使用的綜合成本看，鐵心電抗器優(yōu)于空心電抗器。 |
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