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鐵心串聯電抗器與空心串聯電抗器的比較 摘 要：近幾年在國內變電站根據系統無功補償，需在站內配置相應容量的串聯電抗器，但串聯電抗器的型式有兩種分別為鐵芯和空芯兩種。本文對鐵心串聯電抗器及空心串聯電抗器進行相應的經濟比較，以備參考。
關鍵詞：鐵心串聯電抗器；空心串聯電抗器；損耗；漏磁污染；運行監控；
一、引 言
環氧包封式空心串聯電抗器由于結構簡單、價格低等優勢在國內獲得廣泛應用。經過長時間的運行，已出現了許多運行故障，有的被迫停運處理，有的甚至燒毀設備（綜合評估，全生命周期成本并不經濟）。已有許多變電站發生過空心串聯電抗器燒毀現象，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。在環境濕度大的情況下，表面污層會受潮，導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境適應能力差。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！空心串聯電抗器漏磁產生的危害相當嚴重，具體表現為：
1、對周圍的電磁污染，使計算機和通訊無法正常運行。
2、對鋼結構件的建筑物有著嚴重的危害。
3、對接地網，遮欄、構架等，都可能因金屬體構成閉環造成較嚴重的漏磁問題。若有閉環回路，如地網、構架、金屬遮欄等，其漏磁將感應環流達數百安培。
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電抗器不適合室內運行，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勢。
1、運行穩定性
空心電抗器線圈以常壓固化的環氧樹脂為外包絕緣，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境的適應能力較差，運行過程中存在安全隱患。江浙部分地區規定在雨后24小時內不許對空心電抗器進行投切操作，也反映了對空心電抗器能否安全穩定運行的擔憂。
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。兩種絕緣方式的穩定性都很高，可保證產品安全穩定地運行。由此可見，鐵心電抗器的運行穩定性優于空心電抗器。
2、產品損耗
由于空心串聯電抗器以空氣為導磁介質，其磁場散發。包封的漏磁通過其它包封時則在該包封產生環流損耗，因此其損耗較大。而鐵心式串聯電抗器由鐵心作為導磁介質，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）的串聯電抗器為例：國家標準JB/T10775-2007《6kV~35kV級干式串聯電抗器技術參數和要求》中要求：干式鐵心串聯電抗器BKSC-10000/10損耗值為≤43kW(115℃)，即≤38kW(75℃)；干式空心串聯電抗器BKSCKL-10000/10損耗為不大于64kW(75℃)。即按照標準要求鐵心串聯電抗器的損耗比空心串聯電抗器低26kW（75℃）。
由此可見，使用經濟性方面，鐵心電抗器運行成本是優于空心電抗器。
3、占地面積
空心串聯電抗器為每相一臺，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約占地成本。
4、漏磁污染
鐵心電抗器由于擁有良好的導磁介質，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，空心串聯電抗器不適戶內運行。另外，空心電抗器的漏磁還易使周圍的金屬產生環流，這將增大產品運行損耗，同時還威脅變電站內其它設備及運行維護人員的人身健康。由此可見，在漏磁污染方面鐵心電抗器比空心電抗器更環保。
5、運行監控方面
空心電抗器至今依然沒有有效的運行監控手段，在電抗器出現事故之前無法對其內部的絕緣結構進行有效的監控。因此，空心電抗器事故往往不可預知；均屬突發事件，而造成突發停電。
油浸式串聯電抗器通過對變壓器油中氣體、油溫及油箱內壓力的監測來實現對電抗器狀態的監控。在電抗器絕緣狀態出現變化時能夠及時反映，從而在一定程度上避免突發事故，提高供電可靠性。由此可見，對產品運行狀態的監測方面，油浸式鐵心電抗器優于空心電抗器。
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、運行穩定性及性價比等方面均優于空心電抗器。
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容量的串聯電抗器：使用時間30年，對使用空心串聯電抗器與油浸式鐵心串聯電抗器成本（按利率7%計算現值）進行對比：
1、空心串聯電抗器：
購買設備投入：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年運行損耗現值為：68.8536×(P/A,7%,30)= 68.8536×12.4090=854.41（萬元）；
占地成本：產品占地約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；
維護成本：每年涂RTV涂料成本300元，人工成本700元。30年成本現值為：0.1×(P/A,7%,30)=0.1×12.4090=1.24（萬元）；
產品報廢后殘值約為7萬元，2臺產品報廢后殘值的現值為：7×(P/S,7%,15)+7×(P/S,7%,30)=7×0.3624+7×0.1314=3.46 （萬元）；
空心串聯電抗器使用總成本現值為：S空=購買設備投入+運行電能損耗+占地成本+維護成本-殘值=149.864+854.41+29+1.24-3.46=1054.054（萬元）；
2、油浸式鐵心串聯電抗器：
購買設備投入：價格240萬元/組，每組使用壽命為30年。30年使用成本現值為：240×1=240（萬元）；
運行電能損耗：產品損耗值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年運行損耗現值為：40.296×(P/A,7%,30) =40.296×12.4090 = 500.04（萬元）；
占地成本：產品占地約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；
維護成本：每年進行油樣檢查，成本100元，人工成本100元。30年成本現值為：0.02×(P/A,7%,30)=0.02×12.4090=0.25（萬元）；
產品報廢后殘值約為35萬元，殘值現值為：35×(P/S,7%,30)=35×0.1314=4.60（萬元）
油浸式鐵心串聯電抗器使用總成本現值為：S鐵=購買設備投入+運行電能損耗+占地成本+維護成本-殘值 = 240+500.04+14.5+0.25-4.60 = 750.18（萬元）；
使用鐵心串聯電抗器比使用空心串聯電抗器成本節約：
S空-S鐵=1054.054-750.18=303.874（萬元）；
四、結論
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，鐵心電抗器優于空心電抗器。 |
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