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供电系统   干式空芯电抗器在铁路供电系统中的应用

2011-12-26 09:10:41  来源:中国铁路物资装备网  点击率:2263次
    为保证列车的正常运行,牵引网电压任何一点不低于21kV,在最严重的情况下不得低于19kV,因此,我们必须进步牵引网的电压。一般情况都采用并联电容补偿的方法进步牵引网的电压。在变电所中电容器补偿装置连接方式如图1。电容C1,C2为补偿电容,L1,L2为放电线圈,DK是滤波电抗器。图1接线方式电抗器的作用是将电力机车产生的高次谐波滤掉,减小高次谐波对电力系统的影响。近几年,出现了新型户外干式空芯电抗器,这种电抗器克服了充油式电抗器的缺点,具有噪声小,检验方便等优点。但是这种电抗器也存在不足的地方:在现场电抗器的电感量测试较难,同时在实践中发现这种干式空芯电抗器不适于使用铁网栅。当电抗器投进运行时,即给电抗器加了一个随时间作正弦变化的电流i,表示为:
  其中 ω=2πf,i为初相角。
  电抗器加进电流i,从首端(A端或B端)进,尾端(DA或DB)流出。那么,电抗器线圈中产生磁通Φ。根据电磁感应定律,沿着电抗器线圈压降方向线圈ADA(或BDB)两端感应电势
  磁通为:Φ=Φmsinωt,
  我们知道,建立磁场时,只需要从电源送进无功功率。因此产生磁通Φm的电流与磁通Φm同相位,而落后电压源电压UA的相位为90°,称为磁化电流,用Iro表示,也称为励磁电流的无功分量。铁磁材料的磁导率μ比非铁磁材料大得多,约为几百倍。在交变的磁化条件下,铁网栅中存在着磁滞现象,有磁滞损耗。建立磁通Φm除了从电源送进无功功率外,还需要送进有功功率,以提供网栅中磁滞损耗所需要的有功功率。显然,有功功率只有通过一个与电源UA同相位的电流送进来。另外,通交变的磁通Φm,网栅中还有较大的涡流存在,在涡流的作用下也产生很大的热损失,即为涡流损失。网栅中磁滞损耗及涡流损耗的电流称作励磁电流的有功分量Ioa,磁滞和涡流损耗的结果消耗了有功功率,而在网栅中转化为热能。网栅为铁质材料,导磁率μ非常大。在磁化过程中,铁磁材中磁畴按外加磁场排列,由于磁畴的往复摆动,所以要碰到彼此间的阻力,就消耗一定的能量。这部分由于磁滞现象产生的、以热的形式散失掉的能量就是磁滞损耗。而往复交变磁化的频率愈高,磁滞损失也愈多。可以证实,磁滞损失正比于磁化时所用电流的频率,因而网栅中有磁滞损耗也就以热的形式散失掉。另外当交变磁通的Φm通过网栅的横断面时,断面上有感应电流产生,在涡流的作用下,产生热损失即涡流损失。涡流损耗与电抗器线圈中的电流频率的平方成正比,而网栅又是导磁率很强的铁质材料组成的闭合回路,从而使得Φm产生的涡流也比较大,即Ioa比较大。由IA=Ior Ioa可以看出Ioa增大时,若IA不变,Ior也就相应地减小。换句话说,电抗器的励磁电流IA=Ior Ioa中有功分量增大,无功分量减小,这对于变电所来说是非常不利的,网栅中的有功分量会转化为很大的热量。这个有功分量我们没有具体的丈量,但从现场的运行情况来看,当电抗器投进运行时,网栅振动,电抗器底部尽缘瓷瓶连接地线处振动比较大(发出较大的振动声),同时网栅发热。电抗器投进时间越长,网栅越热,网栅门的锁热得发红,网栅烫手。针对以上情况,我们把网栅全部更换掉,改用砖砌围墙。这样一来不但经济、节约、美观,而且以上我们分析的不利因素全部消除,对于人身、设备都比较安全、可靠。实际应用证实这是行之有效的好方法,可保证干式空芯电抗器安全可靠的运行。

 

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