加装限流电抗器——优化电力系统电能质量

限流电抗器一般由绕组、绝缘材料及固定部件等部分组成。它没有铁芯，所以其电抗值大小不变。限流电抗器有两种类型，即普通型和分裂型，其图形符号如图6-24所示。

图6-24　限流电抗器图形符号

（a）普通型电抗器；（b）分裂型电抗器

1.加装普通型电抗器

（1）在母线分段回路加装普通型电抗器。图6-25中，L2为母线分段回路的普通型电抗器。当发电机回路、主变压器低压侧、Ⅰ或Ⅱ段母线短路时，由于安装了L2，增大短路回路阻抗值，所以降低了上述回路的短路电流值。使发电机出口断路器、主变压器低压侧断路器和母线分段断路器按轻型设备选择。

（2）在电缆线路上加装普通型电抗器。在直配线上加装普通型电抗器。在中小型发电厂中，发电机的单机容量较小，发电厂大部分功率，经发电机电压母线上的直配线向地区负荷供电，如图6-25（a）所示。直配线上短路时，其短路电流较大，将影响发电机的稳定运行。尤其是电力电缆构成的直配线，电抗值小，其短路电流更大，所以在直配线上加装普通型电抗器L1。

另外，在变电站6～10kV出线上加装普通型电抗器L3，也可以限制出线短路电流，如图6-25（b）所示。由于投资较大，所以很少采用。

图6-25　加装普通型电抗器的接线图

L1—发电厂直配线电抗器；L2—母线分段回路电抗器；L3—变电站出线回路电抗器

图6-26　普通型电抗器的布置

（a）布置在断路器内侧；（b）、（c）布置在断路器外侧

普通型电抗器的布置位置有两种不同形式，即电抗器布置在断路器的内侧和外侧形式，如图6-26所示。这两种形式各有其特点，图6-26（a）为电抗器布置在断路器的内侧形式，当母线隔离开关至断路器间距离较长时，可限制它们间发生短路的短路电流，但断路器不能有效地切除故障设备；另外，此种布置形式使母线至线路电流互感器间距离变长，则母线故障几率加大，运行可靠性降低。图6-26（b）、（c）为电抗器布置在断路器的外侧形式，此种布置形式接线方便，断路器可按电抗器外侧短路时校验，选择的断路器开断短路电流值较小，所以电抗器内部故障时，断路器因切除故障可能被损坏。但由于电抗器发生故障几率小，所以在直配线上的电抗器一般采用图6-26（b）、（c）布置形式。

虽然普通型电抗器能限制短路电流，但电力系统在正常运行时，电抗器上产生电压损失，影响电能质量。所以，选择普通型电抗器时，要进行电压损失校验，满足不超过5%的要求。

2.加装分裂型电抗器

分裂型电抗器在电抗器空心绕组中间设有抽头3，将空心绕组分成两个分支1和2，如图6-27（a）所示。两分支绕组匝数相等、容量相等、自感相等（L1=L2=L），M为两分支互感，忽略绕组的电阻。

若分支2端开路，从抽头3端至分支1端有电流流过，则抽头3端至分支1端的电压降为：

图6-27　分裂型电抗器

（a）结构简图；（b）等值电路

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式中　xL——抽头3端至分支1间的电抗，xL=ωL1。

若分支1端开路，从抽头3端至分支2端有电流流过，则抽头3端至分支2端的电压降为：

式中　xL——抽头3端至分支2间的电抗，xL=ωL2。

若抽头3端开路，从分支1端至分支2端有电流流过，则分支1端至分支2端的电压降为：

式中　λ——耦合系数，，一般取值范围为0.4～0.6；分支1端至分支2端的电抗大小为2xL（1+λ）。

通过上述分析可知，同时满足式（6-1）、式（6-2）和式（6-3）要求的分裂型电抗器等值电路如图6-27（b）所示。

由图6-27（b）可知，抽头3端至分支1间的电抗大小为-λxL+（1+λ）xL=xL，它满足式（6-1）的要求；抽头3端至分支2间的电抗大小为-λxL+（1+λ）xL=xL，它满足式（6-2）的要求；分支1端至分支2端的电抗大小为（1+λ）xL+（1+λ）xL=2（1+λ）xL，它满足式（6-3）的要求。

分裂型电抗器正常运行时，抽头3端接电源，分支1端和分支2端输出功率。若λ=0.5时，抽头3端至分支1端的电压降为：

同理抽头3端至分支1端的电压降为：

由式（6-4）和式（6-5）可知，分裂型电抗器正常运行时，抽头3端至任何分支间的电抗大小为，与同参数的普通型电抗器比：电抗值小、电压损失也小。

当抽头3端接电源，分支1端短路，同时分支2端空载时，若λ=0.5，抽头3端至分支1端的电压降为：

由式（6-6）可知，分裂型电抗器任何分支回路发生短路时，抽头3端至任何分支间的电抗大小为xL，与分裂型电抗器正常运行状态比，电抗值变大，限制短路电流效果好。

图6-28　加装分裂型电抗器的接线图

（a）在发电机主回路加装分裂型限流电抗器；（b）主变压器低压侧加装分裂型限流电抗器

分裂型电抗器在一个分支短路，另一个分支没有电源仅有负荷时，会引起感应过电压。另外，一个分支负荷变化大时，也会引起另一个分支的电压波动。

在发电厂和变电站中，分裂型电抗器接线如图6-28所示。图6-28（a）在发电机主回路加装分裂型限流电抗器，限制直配线、发电机电压母线及发电机主回路处短路电流。图6-28（b）主变压器低压侧加装分裂型限流电抗器，限制主变压器低压侧母线和电力电缆线路的短路电流。