分裂电抗器原理

1前言

分裂电抗器是限流电抗器的一种。它与普通的限流电抗器一样，是一个空心或无导磁材料的感抗线圈。在配电系统中安装此种电抗器，可以限制该系统回路发生故障时的短路电流，从而降低断路器的开断电流容量，保证断路器的正常开断。空心式分裂电抗器的特点是其电抗值不随流经电流的变化而变化。目前，电流从100A到 5 000A 用于户内装置的分裂电抗器一般采用干式空气自冷的绕包式结构。这种电抗器按其安装排列方式可分为三种：三相垂直排列、两垂一并排列和三相水平排列。用支柱绝缘子将各相之间及其与基础之间进行连接。用于垂直排列的电抗器，中间相线圈的绕向与其上下两相线圈相反，而三相水平排列的电抗器其绕向相同。分裂电抗器与普通限流电抗器仅在出线端上有所区别。普通电抗器只有两个出线端，分裂电抗器有三个出线端。由中间的出线端将整个线圈分为两个部分，并称之为分裂电抗器的两臂，这两臂的绕向相同，但两臂中_的电流方向是相反的。

设 n为分裂电抗器每一臂的自感电抗，为两臂间的互感电抗，其值为( ) 厂c为以分数表示的互感系数，它取决于分裂电抗器的结构形式，通常 .厂c=0.4-0.6。在理想运行情况下，分裂电抗器的两臂通过大小相等、方向相反的电流。运行中，分裂电抗器每臂中的实际电抗为，由于两臂中的电流产生的磁场量是相互减弱的，所

以，X = . n为负值，这样， n n n=(I ) ”= (0.4-0.6)X ，如每臂的电压降为，则 U=/X=(0.4～ 0.6)/XH。由此可以说明理想运行情况下，分裂电抗器每臂的电压降仅为普通电抗器电压降dx )的0.4-0.6 倍。当分裂电抗器的一臂发生短路故障时如图4 所示。这时，强大的短路电流，K只通过分裂电抗器的短路臂，而另一臂仍为原有的负载电流，其值与另一臂短路电流相比则显得很小，因此可忽略其对短路臂的互感影响，短路一臂的电抗仍可认为是。这样，分裂电抗器在正常运行中每臂的电压降比普通电抗器小

0.4-0.6倍;而短路时短路臂电抗仍为n ，起到了限制短路电流的作用，这正是分裂电抗器的一大优点。

3出口电压偏移

在应用分裂电抗器时，还应注意到其在正常状态和短路状态时的电压变动范围，如图5所示。由于电抗器的电阻很小，电压降主要是由电流的无功分量在电抗器的感抗中产生的，所以，当忽略电压降的有功分量时，母线 I上的出口电压 U 可写成： t= 。_、/3，、/3，2 = 将等代人上式得： Ul= (，。 Izpfc)： 100V 3 IH (Ilsi 一I2sin~zfc) 同理，对于母线Ⅱ上的出口电压有： U2= { (，

2sin ，lsin 式中 Q 分裂电抗器每臂的额定电抗百分数。厂一分裂电抗器每臂的自感电抗，Q . ～互感系数,fc=M/C L——分裂电抗器每臂的自感，H 一分裂电抗器两臂的互感，H 』厂分裂电抗器的额定电流，A ，，——母线 I的负载电流，A ，2.一母线Ⅱ的负

载电流，A co印l、c0s 厂电流，l和，2的功率因数，厂电流，的无功分量，A ，2广电流，2的无功分量，A ，——母线Ⅱ上的短路电流，A ——母线 I上的出口电压，V 厂母线Ⅱ上的出口电压，V 。广一电抗器额定电压 (与电网额定电压相等)，V (/—一电源侧电压(当正常情况下，认为此电压为额定电压)，V 在计算母线上的电压变动范围时，还应考虑下面几个因素。

(1)分裂电抗器两臂负载电流不均匀，设他们的比例为 1：2。

(2)每臂负载电流在(0.5-1)，H间波动。

(3)电压偏移 AU是指最大电压和最小电压 Uzx的算术平均值，即AU= 。如取 UH为电压基本值，并设 cos~p1=cos~2=oos~，则以百分数表示的母线 I出口电压偏移为： AU = ×[ (1lzxsin~-

in~fc)(l 一 n ]= (lz~fc-llzx+ (1) 同理AU2%。一 +，Jzxfc) (2) 以母线 I为例，若 Q”=1O%，cos~p=0.8，fc=0.5，同时根据以上所考虑的三个因素，则： I1~=0.51zd=0.51H ，2Zx=0.51I乃

r=0.5X0.5IH=0.25，H J『2Zd=0.5，lzd=O.5/. 按式(1)计算得： AU。%：× (O.5，H×0.5-0.51H+0.25，HX0.5)= 1.125% 对于普通的电抗器，当负载最大时，出I=l端的最大电压为： U ：U— 3 IPzxX=U— 3 I nsin~ 将代入上= 100：IHX 、/3，H)< luu 同理，当负载最小时，出口端的最小电压为：以百分数表示的电压偏移AU为： AU%= ×10o_ oo×( U~r-U+ ㈨一 2 一一若同样取 =0.5 l=0.5，H，

cos~p=0.8，QH=10%，则电压偏移 AU为： AU%：(0.5110：1 因此

可以认为，当考虑到几个合理的假定之后，在正常运行情况下，分裂电抗器出口端的电压偏移与普通电抗器的出口电压偏移并无多大区别，波动的数值在 l%左右。

4故障情况

母线Ⅱ上负载发生短路的情况如图6所示。这时，分裂电抗器连接接地源的中点引出线上的电压为：Fig.6 Sprit reactor Ⅱduring short circuit of one arm of load U=x/3，H-x/3 Ii 而母线 I出口端电压U 可写成：Ul：1PfH+、/丁IKXw,"c= 、/丁，一、/丁，一、/丁，。 l 、/丁X (P)(1岷) XH=.QuH —代入上式得：u -lQ0H0 UH(1~fc)(/~一/』i P) 或： QH ×(1 (斧一 ) (3) 这里UI> 的条件是蛊×(1 (舞一等)>l，若略去，并用短路电流倍数 K 代替了_IK，则 U-> 1H JH 的条件为 . K>靠 (4) 当 =0-4～0·6时，T 0·714～0·625。一般情况下，(1o~o K)总是大于0.714～0.625，所以，u·总是大于，严重时的极端情况是电源母线上系统的容量为无穷大，这里， 10 0 =1，则取得极大值。

5结束语

由上述分析可知，在分裂电抗器的一臂上负载发生短路时，将使另一臂的母线上的出口电压升高，最高达到 1.6U.。另外，从式(3)和式(4)可以看出，当短路电流倍数K及互感器系数.厂c越大时，不等式越容易满足，而 U 值比值变化的越大。为使u·不至于大到危险的数值厂c的数值一般限制在 0.4~0.6。