干式空芯電抗器應用于鐵路供電系統中

  一、概 述

  1.為保證列車的正常運行，牽引網電壓任何一點不低于21kV，在嚴重的情況下不得低于19kV，因此，我們必須提高牽引網的電壓。一般情況都采用并聯電容補償的方法提高牽引網的電壓。

  2.在變電所中電容器補償裝置連接方式如圖1。電容C1，C2為補償電容，L1，L2為放電線圈，DK是濾波電抗器。

  二、接線方式

  1.電抗器的作用是將電力機車產生的高次諧波濾掉，減小高次諧波對電力系統的影響。近幾年，出現了新型戶外干式空心電抗器，這種電抗器克服了充油式電抗器的缺點，具有噪聲小，檢修方便等優點。但是這種電抗器也存在不足的地方：在現場電抗器的電感量測試較難，同時在實踐中發現這種干式空心電抗器不適于使用鐵網柵。

  2.當電抗器投入運行時，即給電抗器加了一個隨時間作正弦變化的電流i，表示為：其中ω=2πf，i為初相角。

  3.電抗器加入電流i，從首端(A端或B端)進，尾端(DA或DB)流出。那么，電抗器線圈中產生磁通Φ。根據電磁感應定律，沿著電抗器線圈壓降方向線圈ADA(或BDB)兩端感應電勢，磁通為：Φ=Φmsinωt。

  三、詳細說明

  1.我們知道，建立磁場時，只需要從電源送入無功功率。因此產生磁通Φm的電流與磁通Φm同相位，而落后電壓源電壓UA的相位為90o，稱為磁化電流，用Iro表示，也稱為勵磁電流的無功分量。鐵磁材料的磁導率μ比非鐵磁材料大得多，約為幾百倍。在交變的磁化條件下，鐵網柵中存在著磁滯現象，有磁滯損耗。建立磁通Φm除了從電源送入無功功率外，還需要送入有功功率，以提供網柵中磁滯損耗所需要的有功功率。顯然，有功功率只有通過一個與電源UA同相位的電流送進來。另外，通交變的磁通Φm，網柵中還有較大的渦流存在，在渦流的作用下也產生很大的熱損失，即為渦流損失。

  2.網柵中磁滯損耗及渦流損耗的電流稱作勵磁電流的有功分量Ioa，磁滯和渦流損耗的結果消耗了有功功率，而在網柵中轉化為熱能。網柵為鐵質材料，導磁率μ非常大。在磁化過程中，鐵磁材中磁疇按外加磁場排列，由于磁疇的往復擺動，所以要遇到彼此間的阻力，就消耗一定的能量。這部分由于磁滯現象產生的、以熱的形式散失掉的能量就是磁滯損耗。而往復交變磁化的頻率愈高，磁滯損失也愈多?？梢宰C明，磁滯損失正比于磁化時所用電流的頻率，因而網柵中有磁滯損耗也就以熱的形式散失掉。另外當交變磁通的Φm通過網柵的橫斷面時，斷面上有感應電流產生，在渦流的作用下，產生熱損失即渦流損失。渦流損耗與電抗器線圈中的電流頻率的平方成正比，而網柵又是導磁率很強的鐵質材料組成的閉合回路，從而使得Φm產生的渦流也比較大，即Ioa比較大。由IA=Ior+Ioa可以看出Ioa增大時，若IA不變，Ior也就相應地減小。換句話說，電抗器的勵磁電流IA=Ior+Ioa中有功分量增大，無功分量減小，這對于變電所來說是非常不利的，網柵中的有功分量會轉化為很大的熱量。

  3.這個有功分量我們沒有具體的測量，但從現場的運行情況來看，當電抗器投入運行時，網柵振動，電抗器底部絕緣瓷瓶連接地線處振動比較大(發出較大的振動聲)，同時網柵發熱。電抗器投入時間越長，網柵越熱，網柵門的鎖熱得發紅，網柵燙手。針對以上情況，我們把網柵全部更換掉，改用磚砌圍墻。這樣一來不但經濟、節約、美觀，而且以上我們分析的不利因素全部消除，對于人身、設備都比較安全、可靠。實際應用證明這是行之有效的好方法，可保證干式空心電抗器安全可靠的運行。