铁心电抗器与空心电抗器的比较

摘要：近几年在国内变电站根据系统无功补偿，需在站内配置相应容量的并联电抗器，但并联电抗器的型式有两种分别为铁芯和空芯两种。本文对并联铁芯电抗器及并联空芯电抗器进行相应的经济比较，以备参考。

关键词：并联铁芯电抗器 并联空芯电抗器 运行稳定 产品损耗 占地面积 漏磁污染 运行监控

1.引言

环氧包封式空心并联电抗器由于结构简单、价格低等优势在国内获得广泛应用。经过长时间的运行，已出现了许多运行故障，有的被迫停运处理，有的甚至烧毁设备（综合评估，全生命周期成本并不经济）。已有许多变电站发生过空心并联电抗器烧毁现象，如：云南曲靖变、广东增城变、江西南昌变等等。

其烧毁的主要原因是：

1）空心电抗器表面喷涂的绝缘材料老化及表面污物沉积。在环境湿度大的情况下，表面污层会受潮，导致表面泄漏电流增大，最后形成沿面树枝状放电而烧毁；

2）空心电抗器绝缘材料的环境适应能力差。在高海拔、盐雾、昼夜温差大等情况下绝缘老化速度加快。

空心并联电抗器烧毁照片

空心并联电抗器的绝缘老化及漏磁问题是其无法避免的两大缺陷！

空心并联电抗器漏磁产生的危害相当严重，具体表现为：

1）对周围的电磁污染，使计算机和通讯无法正常运行。

2）对钢结构件的建筑物有着严重的危害。

3）对接地网，遮栏、构架等，都可能因金属体构成闭环造成较严重的漏磁问题。若有闭环回路，如地网、构架、金属遮栏等，其漏磁将感应环流达数百安培。

漏磁将增大空心电抗器的损耗，因其建立的反向磁场同电抗器的部分绕组耦合而使电抗器电流增大和电位分布改变。对于空心电抗器漏磁问题目前办法不是很多，一些厂家和电力局采用增加磁屏蔽的方法，但其效果不是很理想。因为漏磁问题空心并联电抗器不适合室内运行，只适合户外运行。而户外运行其绝缘受到的威胁又非常大。

2.与空心电抗器相比较，铁心电抗器在性能方面拥有较大优势。

1）运行稳定性

空心电抗器线圈以常压固化的环氧树脂为外包绝缘，其可耐受电压极其有限，由于线圈对地电容和匝间纵向电容的影响，电压分布不均匀。在不均匀的电场及潮湿、污秽的作用下，电抗器表面电位梯度较大的地方，空气将局部游离形成电晕和迅速移动的分枝滑闪放电。空气游离也将在绝缘表面产生亚硝酸和硝酸，腐蚀绝缘，最终造成空心电抗器匝间击穿短路。另外，在高海拔、盐雾、昼夜温差大等情况下空心电抗器的绝缘老化速度也会加快。这都属原理性缺陷，因此空心电抗器对运行环境的适应能力较差，运行过程中存在安全隐患。江浙部分地区规定在雨后24小时内不许对空心电抗器进行投切操作，也反映了对空心电抗器能否安全稳定运行的担忧。

铁心电抗器方面，干式铁心电抗器的线圈绝缘为真空浇注环氧树脂，油浸式电抗器绝缘为油纸配合绝缘。两种绝缘方式的稳定性都很高，可保证产品安全稳定地运行。

由此可见，铁心电抗器的运行稳定性优于空心电抗器。

2）产品损耗

由于空心并联电抗器以空气为导磁介质，其磁场散发。包封的漏磁通过其它包封时则在该包封产生环流损耗，因此其损耗较大。而铁心式并联电抗器由铁心作为导磁介质，其磁场集中，漏磁小，因此其损耗比空心电抗器小很多。

举例说明：

以电压等级10kV，三相容量10000kvar（单相容量3334kvar）的并联电抗器为例：国家标准JB/T10775-2007《6kV~35kV级干式并联电抗器技术参数和要求》中要求：干式铁心并联电抗器BKSC-10000/10损耗值为≤43kW(115℃)，即≤38kW(75℃)；干式空心并联电抗器BKSCKL-10000/10损耗为不大于64kW(75℃)。即按照标准要求铁心并联电抗器的损耗比空心并联电抗器低26kW（75℃）。

由此可见，使用经济性方面，铁心电抗器运行成本是优于空心电抗器。

3）占地面积

空心并联电抗器为每相一台，每组三台。为避免漏磁影响，其相与相间距须不小于1.7倍直径距离，每相周围还须保持不小于1.5倍直径距离的空间以防止漏磁污染。因此空心电抗器的占地面积相对较大。铁心电抗器可制造为三相一体，且由于铁心电抗器的漏磁微小无需预留漏磁污染距离，因此铁心电抗器的占地面积大大小于空心电抗器。由此可见，与使用空心电抗器相比使用铁心电抗器将大大节约占地成本。

4）漏磁污染

铁心电抗器由于拥有良好的导磁介质，其漏磁几乎可以不做考虑。空心电抗器的漏磁是其一大原理性缺陷。由于漏磁污染，空心并联电抗器不适户内运行。另外，空心电抗器的漏磁还易使周围的金属产生环流，这将增大产品运行损耗，同时还威胁变电站内其它设备及运行维护人员的人身健康。由此可见，在漏磁污染方面铁心电抗器比空心电抗器更环保。

5）运行监控方面

空心电抗器至今依然没有有效的运行监控手段，在电抗器出现事故之前无法对其内部的绝缘结构进行有效的监控。因此，空心电抗器事故往往不可预知；均属突发事件，而造成突发停电。

油浸式并联电抗器通过对变压器油中气体、油温及油箱内压力的监测来实现对电抗器状态的监控。在电抗器绝缘状态出现变化时能够及时反映，从而在一定程度上避免突发事故，提高供电可靠性。

由此可见，对产品运行状态的监测方面，油浸式铁心电抗器优于空心电抗器。

综上所述，铁心电抗器（包括油浸式及干式铁心电抗器）在各性能指标、运行稳定性及性价比等方面均优于空心电抗器。

全寿命运行成本比较

500kV变电站所常用的35kV电压等级60000kvar容量的并联电抗器：

使用时间30年，对使用空心并联电抗器与油浸式铁心并联电抗器成本（按利率7%计算现值）进行对比：

空心并联电抗器：

购买设备投入：价格110万元/组，每组使用寿命为15年。30年使用（2台）成本现值为：110+110×(P/S,7%,15)=110+110×0.3624=149.864（万元）；

运行电能损耗：按国标JB/T10775-2007要求，每组空心电抗器损耗值196.5kW（75℃）。假定电价为0.4元/度则每年运行损耗（按每天24小时运行，每年运行365天）：196.5×24×365×0.4=68.8536（万元）；30年运行损耗现值为：68.8536×(P/A,7%,30)= 68.8536×12.4090=854.41（万元）；

占地成本：产品占地约104平方米，假定土地价格0.5万元/平方米。则占地成本为:104×0.5=52万元；

维护成本：每年涂RTV涂料成本300元，人工成本700元。30年成本现值为：0.1×(P/A,7%,30)=0.1×12.4090=1.24（万元）；

产品报废后残值约为7万元，2台产品报废后残值的现值为：7×(P/S,7%,15)+7×(P/S,7%,30)=7×0.3624+7×0.1314=3.46 （万元）；

空心并联电抗器使用总成本现值为：S空=购买设备投入+运行电能损耗+占地成本+维护成本-残值=149.864+854.41+29+1.24-3.46=1054.054（万元）；

油浸式铁心并联电抗器：

购买设备投入：价格240万元/组，每组使用寿命为30年。30年使用成本现值为：240×1=240（万元）；

运行电能损耗：产品损耗值115kW（75℃）。假定电价为0.4元/度则每年运行损耗（按每天24时运行）：115×24×365×0.4=40.296（万元）；30年运行损耗现值为：40.296×(P/A,7%,30) =40.296×12.4090 = 500.04（万元）；

占地成本：产品占地约29平方米，假定土地价格0.5万元/平方米。则占地成本为:29×0.5=14.5万元；

维护成本：每年进行油样检查，成本100元，人工成本100元。30年成本现值为： 0.02×(P/A,7%,30)=0.02×12.4090=0.25（万元）；

产品报废后残值约为35万元，残值现值为：35×(P/S,7%,30)=35×0.1314=4.60（万元）

油浸式铁心并联电抗器使用总成本现值为：S铁=购买设备投入+运行电能损耗+占地成本+维护成本-残值 = 240+500.04+14.5+0.25-4.60 = 750.18（万元）；

使用铁心并联电抗器比使用空心并联电抗器成本节约：

S空-S铁=1054.054-750.18=303.874（万元）；

3.结论

由此可见，虽然价格上铁心电抗器比空心电抗器高，初期投资较大。但从使用的综合成本看，铁心电抗器优于空心电抗器。

参考文献：

[1] 电力工程电气设计手册电气一次部分，水利电力部西北电力设计院编，1989年。

[2]《6kV~35kV级干式并联电抗器技术参数和要求》国家标准JB/T10775-2007。

[3]《铁心并抗与空心并抗比较》思源电气股份有限公司。