1、前言  

      在這40年里，電抗器產(chǎn)品的設計、制造技術(shù)有了長(cháng)足的發(fā)展。電抗器的先進(jìn)設計、制造技術(shù)、試驗方法和運行維護經(jīng)驗，在行業(yè)內、在電力部門(mén)等用戶(hù)中得到了傳播和交流，從而促進(jìn)了電抗器產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步。在這里對40年來(lái)各種電抗器的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢加以介紹。  

2、并聯(lián)電抗器

      發(fā)電機滿(mǎn)負載試驗用的電抗器是并聯(lián)電抗器的雛型。1967年上海電機廠(chǎng)的技術(shù)人員在原有的三相油浸鐵心式電抗器的基礎上對其進(jìn)行技術(shù)改造，生產(chǎn)了同類(lèi)型60Mvar電抗器。該產(chǎn)品首次采用了輻射式鐵心餅和用彈簧強力壓緊裝置壓緊鐵心柱，使并聯(lián)電抗器的振動(dòng)和噪聲有所降低。  

      1970年我國開(kāi)始在西北地區建設第一條330kV超高壓線(xiàn)路，西安變壓器廠(chǎng)(西安西電變壓器有限責任公司前身，以下簡(jiǎn)稱(chēng)西變)為之提供了3X30Mvar／363kV并聯(lián)電抗器。為了便于單相重合閘，消除單相接地故障以后的潛供電弧電流，超高壓電抗器除了設置中性點(diǎn)電抗外，還要求減少相間耦合，因此都用單相。為了減少漏磁，30Mvar電抗器為單柱帶磁軛回路，不但鐵心餅為輻射式，磁軛回路也輻射排列。  

      1980年，我國第一條用國產(chǎn)設備裝備的500kV線(xiàn)路的元寶山-遼陽(yáng)-錦州段在錦州設置了3X40Mvar／500kV并聯(lián)電抗器。當時(shí)為了使500kV繞組具有更大的縱絕緣裕度，繞組二柱串聯(lián)，故電抗器為二柱鐵心式。盡管磁通密度選用偏低，但由于當時(shí)工藝條件差，鐵心餅澆注工藝落后，運行中噪聲仍接近90dB。

       以上早年生產(chǎn)的330kV／500kV并聯(lián)電抗器迄今均仍在運行中。  

      1985年，以技貿結合方式從阿爾斯通公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的50Mvar／550kV電抗器在晉-京房山-大同線(xiàn)上投運。這批電抗器的重大改進(jìn)在于：  

      (1)鐵心餅密實(shí)，澆注良好；

      (2)用更為密實(shí)的間隙材料；

      (3)鐵心柱強力壓緊。  

      改進(jìn)以后的電抗器噪聲水平降低到80dB以下。但由于電抗器的技術(shù)要求，飽和以后的電壓--電流特性曲線(xiàn)的斜率為飽和前的2／3，因此其空心電感值很大，漏磁相應就很大。運行后有低溫過(guò)熱現象。投運不久，在色譜分析中總烴、氫含量即達到注意值，干擾了正常的對電抗器故障的判斷。阿爾斯通公司生產(chǎn)的產(chǎn)品也存在同樣的問(wèn)題。西變于1990年解剖了一臺返廠(chǎng)的產(chǎn)品，查找問(wèn)題所在，采取措施，降低了高磁場(chǎng)強度處的渦流，并相應改善了冷卻條件，局部過(guò)熱現象得以消除。迄今，西變共生產(chǎn)此類(lèi)500kV級并聯(lián)電抗器近300臺，最高年產(chǎn)80臺電抗器，規格有40Mvar、50Mvar、60Mvar，最近還生產(chǎn)了70Mvar的電抗器，投運后均運行正常。低損耗的50Mvar?500kV并聯(lián)電抗器總損耗由160kW降低到100kW(飽和后斜率相應降低到40%-50%)，噪聲在75dB左右。近年來(lái)沈陽(yáng)變壓器廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)沈變)也開(kāi)始生產(chǎn)同樣規格的500kV并聯(lián)電抗器，也是分段鐵心式。保定天威集團則引進(jìn)日本三菱公司技術(shù)生產(chǎn)了500kV殼式空心并聯(lián)電抗器。

      在一些開(kāi)關(guān)站，要求超高壓并聯(lián)電抗器能同時(shí)供站用電，為此提出要求提供抽能式電抗器。抽能式電抗器的實(shí)質(zhì)是在并聯(lián)電抗器內設置一個(gè)小容量的低壓二次繞組，但一、二次繞組間要有足夠的阻抗；使低壓側即使短路也不會(huì )影響并聯(lián)電抗器的正常工作。  

      除了上述直接接在超高壓線(xiàn)路上的(一般不經(jīng)斷路器)超高壓并聯(lián)電抗器外，還有接在超高壓升／降壓站變壓器三次側的l0V～63kV中壓并聯(lián)電抗器，其容量一般為三相30Mvar或45Mvar。一個(gè)變電站最多可裝6～8組，同樣用于無(wú)功補償。根據用戶(hù)要求可以是油浸鐵心式或干式空心式，后者用于單相組?？招母墒诫娍蛊饕彩菓?hù)外裝置，以減少磁場(chǎng)對建筑物的影響。但戶(hù)外裝置對干式電抗器所用絕緣材料的耐候性要求較高，往往不夠理想。這類(lèi)干式空心電抗器早年進(jìn)口較多。20世紀(以下省略)90年代以來(lái)，國內北京電力修造廠(chǎng)、揚子電氣公司也開(kāi)始生產(chǎn)，采用的都是多層并聯(lián)、聚脂薄膜匝絕緣、環(huán)氧樹(shù)脂包封的技術(shù)。西安交通大學(xué)等為之開(kāi)發(fā)了相應的計算軟件。

      隨著(zhù)大城市地下電纜配電系統的不斷擴展，電纜容性充電電流引起的輕負荷期的電壓升高也日益引起重視。一些供電部門(mén)要求裝設10kV、35kV三相鐵心式并聯(lián)電抗器，容量為5Mvar～10Mvar。為了與配電裝置相適應，這些電抗器都要求裝在室內。采用鐵心式的目的是為了減少漏磁對建筑物的影響。為適應無(wú)油化趨勢，又要求為干式。順德特種變壓器廠(chǎng)(順特電氣有限公司前身)于90年代開(kāi)發(fā)了此類(lèi)產(chǎn)品。  

      鐵心式電抗器由于分段鐵心餅之間存在著(zhù)交變磁場(chǎng)的吸引力，因此盡管采取了各項措施，其噪聲一般要比同容量變壓器高出10dB左右。

      用于靜止補償的TCR晶閘管相控電抗器就其作用來(lái)說(shuō)，可歸人并聯(lián)電抗器一類(lèi)。國內自80年代以來(lái)生產(chǎn)了若干套靜止補償的晶閘管相控電抗器，多由西安電力機械制造公司和電力科學(xué)院成套，相控電抗器為空心干式。  

3、限流電抗器

      限流電抗器一般用于配電線(xiàn)路。從同一母線(xiàn)引出的分支饋線(xiàn)上往往串有限流電抗器，以限制饋線(xiàn)的短路電流，并維持母線(xiàn)電壓，不致因饋線(xiàn)短路而致過(guò)低。50年代初，沈變就開(kāi)始生產(chǎn)用水泥電抗器電纜繞制的各種規格10kV級限流電抗器，繞組繞完后用混凝土澆注使其成為整體。限流電抗器本身容量并不大，一般在2．5Mvar以下，但要承受最多可達額定電流25倍的短路電流下的動(dòng)、熱穩定。因為要限流，電感值在很大電流范圍內應為線(xiàn)性，所以都是空心干式。

      90年代以后，隨著(zhù)多層并聯(lián)、環(huán)氧樹(shù)脂包封技術(shù)的發(fā)展，限流電抗器多數采用干式空心并聯(lián)電抗器相同的技術(shù)生產(chǎn)，由環(huán)氧玻璃絲來(lái)確保短路時(shí)的動(dòng)穩定。  

      根據我國電力系統的中性點(diǎn)接地方式，只有500kV系統采用中性點(diǎn)小電抗接地。這種小電抗正常工作時(shí)實(shí)質(zhì)上只有很小的不平衡電流通過(guò)，但在系統單相接地故障時(shí)卻要求承受巨大短路電流下的動(dòng)、熱穩定。這種電抗器容量不大，用量不多，但要求可靠性高，目前多數用油浸空心式，外加屏蔽。

      啟動(dòng)電抗器用來(lái)限制大型電動(dòng)機的啟動(dòng)電流，啟動(dòng)完成即退出。與自耦變壓器啟動(dòng)方式相比，電動(dòng)機的啟動(dòng)比較平穩。因其工作時(shí)間很短(規定為2min)，所以電流密度可以很高，電抗器尺寸不大。就其功能來(lái)說(shuō)，也可歸于限流一類(lèi)。

4、阻尼電抗器

      阻尼電抗器(通常也稱(chēng)串聯(lián)電抗器)與電容器組或密集型電容器相串聯(lián)，用以限制電容器的合閘涌流。就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其作用與限流電抗器相類(lèi)似。一般來(lái)說(shuō)，如僅僅是為了限制合閘涌流，只要相當于電容器組容抗值1%的感抗就夠了。如系統有5次或以上諧波，則采用

      4 5%-6%的感抗；如系統有3次諧波，則取12%。其目的是為了使電容器回路對諧波呈感性，因此使系統原有諧波不致因增設電容器回路而放大。阻尼電抗器的過(guò)載能力應與電容器的過(guò)載能力相適應，而在合閘瞬間，電抗器首末端之間要耐受幾乎全部系統電壓，并要能承受合閘涌流作用下的動(dòng)、熱穩定。為此，行業(yè)標準對此作出了嚴格的規定。70年代，寧波變壓器廠(chǎng)就試制了鐵心式三相阻尼電抗器并形成系列?，F在，鐵心式(油浸或干式)和空心式(干式)阻尼電抗器都在使用。很多電容器生產(chǎn)廠(chǎng)自己生產(chǎn)阻尼電抗器與其電容器配套。

5、濾波電抗器  

      濾波電抗器與濾波電容器串聯(lián)組成諧振濾波器，一般用于3次至17次的諧振濾波或更高次的高通濾波。直流輸電線(xiàn)路的換流站、相控型靜止補償裝置、中大型整流裝置、電氣化鐵道，以至于所有大功率晶閘管控制的電力電子電路都是諧波電流源，必須加以濾除，不讓其進(jìn)入系統。電力部門(mén)對于電力系統中的諧波有具體規定。近年來(lái)電網(wǎng)受諧波電流源的威脅愈來(lái)愈嚴重，因此濾波是不可少的。迄今，超高壓直流輸電工程濾波裝置均由國外工程總承包商承包，其它方面的濾波電抗器則均由國內電抗器專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提供。濾波電抗器的電抗值通常要求能在一定范圍內可調，以使與電容器相配合。對其品質(zhì)因素Q值也有一定要求，以滿(mǎn)足濾波裝置的頻率特性。濾波電抗器通常為空心干式，也可以做成鐵心式。超高壓直流輸電換流站的交、直流側濾波裝置因為數量眾多，均設于戶(hù)外，占地范圍相當大。  

6、消弧線(xiàn)圈  

      消弧線(xiàn)圈廣泛用于我國lOkV~6kV級的諧振接地系統。除了在一些沿海大城市，因電纜線(xiàn)路的普及而有采用中性點(diǎn)小電阻接地的傾向外，目前我國大部分地區10kV~66kV系統都是中性點(diǎn)不接地的。在這些系統中，特別對于架空線(xiàn)路，絕大多數單相接地故障是暫時(shí)性的弧光接地，但繼發(fā)性的線(xiàn)間和線(xiàn)-地電容所形成的故障點(diǎn)容性工頻續流卻使弧光持續以至使故障擴大。此時(shí)接在系統中性點(diǎn)和地之間的消弧線(xiàn)圈因中性點(diǎn)位移而流過(guò)感性電流抵消了容性工頻續流而使弧光熄滅，使線(xiàn)路恢復正常工作。上海電機廠(chǎng)為常州至南京升壓到66kV的線(xiàn)路提供了我國第一臺1900kVA，66／√3 kV 25A~50A消弧線(xiàn)圈，此后系列生產(chǎn)175kVA-3800kVA 10kV-66kV級的消弧線(xiàn)圈。60年代中期以后北京電力修造廠(chǎng)成為消弧線(xiàn)圈的主要生產(chǎn)廠(chǎng)。

      80年代后期，上海交通大學(xué)、山東大學(xué)等致力于消弧線(xiàn)圈自動(dòng)調諧、自動(dòng)選線(xiàn)功能的開(kāi)發(fā)。10kV~66kV輸電線(xiàn)路總是帶有分支，運行中要切換，切換以后線(xiàn)路電容有所改變。有自動(dòng)調諧功能的消弧線(xiàn)圈在線(xiàn)路切換以后可自動(dòng)變換分接位置以達到合適的感抗值，使之與線(xiàn)路電容始終匹配。有自動(dòng)選線(xiàn)功能的消弧線(xiàn)圈則可以在若干條線(xiàn)路中自動(dòng)選出不能成功消弧的非弧光接地永久性故障段而予以切除。具有自動(dòng)調諧自動(dòng)選線(xiàn)功能的消弧線(xiàn)圈更適合于無(wú)人值班變電所，進(jìn)入90年代，一些專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)如上海思源電氣公司等已能成套供應。  

      由于變電所的無(wú)油化傾向，因此35kV以下的消弧線(xiàn)圈現很多是干式澆注型。  

7、接地變壓器  

      接地變壓器為原本無(wú)中性點(diǎn)引出端子的系統提供一個(gè)人為的中性點(diǎn)。嚴格來(lái)說(shuō)，接地變壓器本質(zhì)上不是變壓器而是一臺繞組為ZN結法的電抗器，其N(xiāo)端引出端子就是人為中性點(diǎn)。采用ZN結法的目的是減小零序阻抗至合理值。接地變壓器的引入不應對系統的零序阻抗有重大的改變。接地變壓器可以用于中性點(diǎn)不接地系統，此時(shí)其中性點(diǎn)一般接消弧線(xiàn)圈，也可以用于中性點(diǎn)小電阻接地系統，此時(shí)其中性點(diǎn)經(jīng)由小電阻接地。在10kV系統中，因電力變壓器的二次10kV繞組經(jīng)常為三角聯(lián)結，所以接地變壓器用得較多。某些地區，例如上海，35kV變電所的主變，其35kV側有時(shí)也為三角聯(lián)結，此時(shí)就接額定接地電流為lkA、2kA的接地變壓器，再經(jīng)小電阻接地。  

       也有一些變電所的接地變壓器要兼具所用變功能，為此就增加一個(gè)400V的yn聯(lián)結繞組，組成YNyn聯(lián)結組。  

       生產(chǎn)消弧線(xiàn)圈的廠(chǎng)家一般成套供接地變。同樣由于變電所無(wú)油化的傾向，因此很多接地變是干式澆注型。  

       發(fā)電廠(chǎng)自用電系統多數為高電阻接地系統，更多選用五柱式接地變壓器。這種變壓器有一個(gè)零序二次繞組，其端子間接有電阻。單相接地故障時(shí)，二次繞組中感生的零序電流通過(guò)電阻，起到阻尼過(guò)電壓的作用。

8、平波電抗器

      平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。1985年我國第一條鎮海-舟山±l00kV跨海直流輸電線(xiàn)路上的100kV／500A平波電抗器為西變所試制。1988年我國第一條~500kV／2x600MW葛洲壩-南橋直流輸電線(xiàn)路上的500kV／1200A平波電抗器是由BBC公司成套供應，為干式戶(hù)外型，由支柱絕緣子支起?，F在即將投運的三峽-常州和三峽-廣東~500kV／2X1500MW直流輸電線(xiàn)路中所用的500kV、3000A平波電抗器是由ABB公司和西變合作生產(chǎn)的，為油浸鐵心式。500kV平波電抗器的尺寸、重量都很大。

      直流供電的晶閘管電氣傳動(dòng)中，平波電抗器也是不可少的。因為脈動(dòng)的直流輸出電壓中所包含的諧波分量在直流電動(dòng)機內造成不必要的損耗和發(fā)熱，諧波中的負序分量則產(chǎn)生反向力矩，而且當晶閘管深控時(shí)，若脈動(dòng)的直流輸出電壓的瞬時(shí)值低于電動(dòng)機的反電勢，將使電流不連續。

      電力機車(chē)上的車(chē)載27．5kV整流變壓器雖然只有幾千kVA，但因為單相供電，脈動(dòng)大，要求平波電抗器的電感量大，所以其尺寸重量差不多與主變壓器相當。株洲電力機車(chē)廠(chǎng)批量生產(chǎn)此種電抗器已有多年了。

9、直流控制的飽和電抗器

      直流控制的飽和電抗器屬于另類(lèi)的電抗器。串在電路中的扼流式或自飽和飽和電抗器，其作用不能簡(jiǎn)單地看作串人一個(gè)可變電感。在電壓正弦波的周期內，飽和電抗器在飽和前吸收了一定的伏-秒，達到飽和，以后就呈全開(kāi)放狀態(tài)。因此其輸出電壓是非正弦的，這種飽和電抗器的作用與晶閘管相似。60年代中，上海調壓器廠(chǎng)曾致力于扼流式飽和電抗器的開(kāi)發(fā)，后來(lái)隨著(zhù)晶閘管的廣泛應用，已完全被取代。但與二極管整流的整流變壓器配套的自飽和式飽和電抗器一直延用至今。整流輸出電壓由設在橋臂的自飽和電抗器經(jīng)由直流控制來(lái)實(shí)現小范圍調節(一般為輸出額定電壓的5％-15％)。調壓范圍不大時(shí)，比用可控硅更為經(jīng)濟。自飽和電抗器可以與整流變壓器共箱，也可以單獨設置，由變壓器生產(chǎn)廠(chǎng)成套提供。

      其它類(lèi)型的直流控制飽和電抗器用得較少，這里不贅述。

10、可控電抗器

      可控電抗器是幾年來(lái)的熱門(mén)話(huà)題。并聯(lián)電抗器用于抑制超高壓長(cháng)線(xiàn)末端空載或輕載時(shí)的電壓升高，隨著(zhù)負荷的增加，并聯(lián)電抗器的補償容量可以減少甚至切除。但如果線(xiàn)路有擾動(dòng)以致負荷跳閘時(shí)，則又要求立即投入。因此，如果并聯(lián)電抗器能做到容量可調，且能快速反應，則更為理想。隨著(zhù)緊湊型線(xiàn)路的引入，這一要求顯得更為迫切。80年代后期，一些前蘇聯(lián)學(xué)者研究緊湊型線(xiàn)路，減小線(xiàn)間距離，由此增加線(xiàn)路電容，減小電感，降低波阻抗，進(jìn)而可以成倍增加同一電壓等級能輸送的自然功率。在這種線(xiàn)路上，用以補償容性電流的并聯(lián)電抗器容量更大，抑制工頻電壓升高的要求更高，所以問(wèn)題更為突出。有幾種方式可以實(shí)現這一目的，但迄今還不能說(shuō)是足夠理想，尚需在探索中進(jìn)一步加以完善。西變于2001年試制了一臺10kV／300kyat單相高阻抗型可控電抗器樣機。沈變和長(cháng)江變壓器廠(chǎng)分別試制了單 6000kvar／35kV和2400kvar／10kV磁閥式可控電抗器樣機，并已在電氣化鐵道中試運行。  

      隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電抗器的應用必然將越來(lái)越廣泛，新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也將不斷涌現。

11、電抗器產(chǎn)品的發(fā)展展望

      電能是最清潔又容易受控的能源，而電抗器作為無(wú)功補償手段，在電力系統中是不可缺少的。隨著(zhù)我國現代化進(jìn)程的加快，無(wú)論是裝機容量或用電總量都將進(jìn)人世界第2位，特別是近2~3年內，城鄉缺電再度成為經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，加快電力建設勢在必行，電抗器的需求相應增長(cháng)。就并聯(lián)電抗器而言，西變2003年生產(chǎn)500kV并聯(lián)電抗器80余臺，預計2004年還會(huì )有增長(cháng)。

      從技術(shù)角度來(lái)看，緊湊型線(xiàn)路由于其輸送容量大、線(xiàn)路走廊占地少而成為今后的發(fā)展趨勢。昌房試驗線(xiàn)段已積累了一定經(jīng)驗，并通過(guò)驗收鑒定。由于緊湊型線(xiàn)路電容的增大，需要的無(wú)功補償電抗器容量也就更多，對于可控電抗器的要求也更為迫切。磁閥式可控電抗器由于晶閘管控制功率小，諧波含量低，相對有一定優(yōu)勢。

      因為戶(hù)內安裝的中壓干式鐵心式并聯(lián)電抗器裝設在居民稠密區，所以最需要解決的是噪聲問(wèn)題。

      用于戶(hù)外的干式空心電抗器最需要提高的是絕緣材料的耐候性。

      節能是一個(gè)永恒的課題?，F在國內對于1l0kV、220kV輸電線(xiàn)路空載損耗的評價(jià)值最高為30000元／(kW·h)。對于電抗器來(lái)說(shuō)，其總損耗就屬于空載損耗的范疇，所以低損耗的要求是可以理解的。

      10kV級干式限流電抗器，近年來(lái)其用途日趨狹窄?，F在由于斷路器開(kāi)斷能力和其它性能方面的提高，l0kV配電裝置的小型化，以及變電所主變壓器承受短路能力的加強，在變電所設計中已趨向于不再裝設早年串在母線(xiàn)分支饋線(xiàn)中的那種限流電抗器。  

      工業(yè)用途的電抗器隨著(zhù)各行各業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，近年來(lái)在需求方面有一些變化。電弧爐變壓器以前容量大于10MVA就不需要帶串聯(lián)電抗器，其二次側短網(wǎng)阻抗足以穩定電弧并限制短路電流。近年來(lái)電弧爐單臺容量不斷增大，以及超高功率的發(fā)展，以致不得不提高變壓器二次電壓，否則二次電流太大。150t超高功率電弧爐由150MVA變壓器供電，其二次電壓為1200V，二次電流72kA。爐內噴炭粉，一氧化碳造泡沫渣的技術(shù)已使長(cháng)弧熔煉成為可能。礦渣泡沫足以保護爐襯使其不受電弧侵蝕。因此二次電壓普遍提高到1000V左右，這樣，短路阻抗標么值就降低。為穩定長(cháng)弧，大容量電弧爐也就需要變壓器額定容量為20%右的串聯(lián)電抗器。串聯(lián)電抗器一般單獨設置，不與變壓器共箱。  

      隨著(zhù)晶閘管的廣泛應用，電解整流裝置中，自飽和飽和電抗器有逐漸被取代之勢。用晶閘管代替二極管整流，由晶閘管微調電壓，同樣起到飽和電抗器的作用，而又免除了飽和電抗器帶來(lái)的損耗和噪聲。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在經(jīng)濟上晶閘管代替二極管也是可行的。目前至少在化工電解方面已非常普遍采用晶閘管，鋁電解方面則還在沿用飽和電抗器。

      但是，利用鐵磁材料的非線(xiàn)性特性，通過(guò)不同方式來(lái)控制電壓，控制無(wú)功仍然有其發(fā)展前途。再說(shuō)，電力電子技術(shù)的發(fā)展會(huì )對電力系統和電力裝備帶來(lái)很多變化，但作為無(wú)功補償元件的電抗器仍然是不可缺少的。