[摘要] 文章从技术性和经济性两方面对500kV变电站空心并联电抗器和铁心并联电抗器进行比较。结果表明，铁心电抗器在性能指标和综合成本等方面均优于空心电抗器。 [关键词] 低压并联电抗器；空心电抗器；铁心电抗器；经济性
[作者简介] 张驰，中国能源建设集团广东省电力设计研究院工程师，研究方向：输变电工程设计，广东 广州，510663
[中图分类号] TM47 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2012）08-0075-0003
一、概 述
随着电网超高压、远距离、大容量的迅速发展，感性无功相对不足，导致电网工频电压升高。并联电抗器是超高压电力系统不可或缺的电气设备，用于补偿电功率，抑制过高的工频过电压。以往的工程实践中，低压并联电抗器往往选用干式空心并联电抗器。环氧包封式空心电抗器由于结构简单、价格低等优势获得广泛应用，在国内已有近20年的运行历史。
经过长时间的运行，干式空心电抗器出现了许多运行故障，部分设备被迫停运，个别设备甚至被烧毁。目前，许多变电站发生过空心并联电抗器烧毁现象，如：青海电力公司硝湾变电站、陕西神木变电站、重庆万州局万县变电站、华北网房山变电站、徐州任庄变电站、湖南云田变电站、昆明草铺变电站、佳木斯红兴隆变电站、北京安定变电站、东北东丰变电站、江西乐平变电站、湖州含山变电站、云南曲靖变电站、广东增城变电站、江西南昌变电站等。
近年来，铁心并联电抗器由于拥有很强的环境适应能力等优势，正逐步成为干式空心电抗器的替代品。本文针对500kV变电站低压并联电抗器，从技术性和经济性两方面对空心并联电抗器和铁心并联电抗器进行比较，并简要论述此类工程中低压并联电抗器的设计选型原则。
二、空心并联电抗器的技术缺陷
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。
（一）空心并联电抗器烧毁的主要原因
1. 电抗器表面绝缘材料老化及积污。当湿度较大时，电抗器表面污层会受潮，造成沿面泄漏电流的增加，并形成树枝状放电，在严重的情况下烧毁电抗器。
2. 电抗器绝缘材料适应环境的能力不高。在高海拔、盐雾、昼夜温差大等情况下，绝缘材料的绝缘老化速度增加，造成电抗器绝缘失效从而被烧毁。
（二）空心并联电抗器漏磁的危害
空心并联电抗器漏磁会产生比较严重的危害，具体表现在以下几个方面：
1. 会产生电磁干扰等污染，使周边的电脑和通信等难以正常运行。
2. 漏磁对附近的钢结构建筑物会产生较为严重的危害。
3. 漏磁问题在变电站中还会影响地网、构架等，都可能因金属体构成闭环造成较严重的漏磁问题。地网、构架、金属遮栏等有闭环回路，漏磁将产生数百安培的感应环流电流。
4. 对运行人员的健康和安全可能造成一定危害。
漏磁会增加空心电抗器的损耗，由漏磁产生的反向磁场与电抗器部分绕组耦合，从而导致电抗器电流增大和改变电位分布。目前，空心电抗器漏磁问题的应对办法不是很多，一些厂家和电网企业采用增加磁屏蔽的方法，但效果不是很理想。空心并联电抗器由于漏磁问题只适合户外运行，但户外运行条件下对绝缘的挑战又非常大。因此，空心并联电抗器的运行实践中，难以克服其绝缘老化和漏磁两大缺陷，导致其运行故障频出，极大影响了变电站运行的稳定性和安全性。
三、铁心并联电抗器的技术优势
（一）稳定性好
空心电抗器线圈外包绝缘为常压固化的环氧树脂，因存在线圈对地电容和匝间纵向电容，绝缘层上的电压分布不均匀，导致可耐受电压非常有限。在电场不均匀、潮湿、污秽等条件下，电抗器表面电位梯度大的地方，空气中局部游离形成电晕和迅速移动的滑闪放电。空气游离也将在绝缘表面产生亚硝酸和硝酸的腐蚀性物质，对绝缘产生腐蚀，并造成空心电抗器匝间击穿短路。以上原理性缺陷，导致空心电抗器环境的适应能力差，存在比较严重的运行安全隐患。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。广东电网公司以往500kV变电站工程中一般选用空心电抗器，此次加林站地处沿海地区，具备湿度大、盐雾多的特点，考虑到空心电抗器的缺陷，设备选型时首次在此类工程中论证铁心并联电抗器使用的可行性。
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，都有较高的稳定性，确保运行的安全稳定。
由此可见，铁心电抗器的运行稳定比空心电抗器为优。
（二）损耗小
与铁心电抗器不同，空心并联电抗器的导磁介质是空气，因此其磁场是向外散发的。包封产生的漏磁通过其他包封时会产生一定的环流损耗，造成的总损耗比较大。铁心并联电抗器的导磁介质是铁，因此磁场集中，漏磁较小，产生小得多的损耗。
以10kV三相容量10000kVar并联电抗器为例，行业标准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℃）。
实践中，湖南220kV明山变电站所的空心并联电抗器BKDCKL-3334/10每组（三台）产品总损耗为68.1kW（75℃）；珠海220kV拱北变电站所的干式铁心并联电抗器BKDC-3334/10每组产品总损耗为34.2kW（75℃）。
由此可见，铁心电抗器的损耗优于空心电抗器。
（三）占地面积小
空心并联电抗器每相一台，每组三台。其相间距不得小于1.7倍直径距离，每相周围还应保持不小于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较大。由于铁心电抗器的漏磁较小，可制成三相一体的结构，无需预留漏磁污染距离，因此铁心电抗器的占地面积远小于空心电抗器。 山东500kV淄川变电站所使用的BKDCKL-20000/35产品直径为2.7m，其每组（三台）占地面积约为104㎡。而安徽500kV肥西变电站所使用的油浸式铁心并联电抗器BKS-60000/35产品占地面积约为28.5㎡。按照每平米5000元的土地价格计算，则使用铁心电抗器将节约占地成本37.75万元。
由此可见，铁心电抗器将占地面积和成本远小于空心电抗器。
（四）漏磁污染小
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他设备及运行维护人员的人身健康。
东北网东丰变2组63kV 60Mvar空心电抗器，电抗器的金属遮拦的最大电流达140A；柳州沙塘变35kV 50Mvar空心电抗器接地下引线，最大测试电流为225A。
由此可见，铁心电抗器漏磁污染小于空心电抗器。
（五）运行监控
目前，空心电抗器缺乏有效的运行监控方法，难以对其内部绝缘结构进行有效监控，无法预测事故的产生。因此，空心电抗器事故均属突发事件，难以预知，极易造成停电。
油浸式并联电抗器可通过对变压器油中气体、油温及油箱内压力的监测来实现运行状态监控，可及时反映电抗器绝缘状态的变化，在一定程度上可以避免突发事故，提高供电的可靠性。
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）在技术指标、稳定性及节能环保等方面较空心电抗器为优。
四、并联电抗器经济性比较
以500kV变电站所使用35kV电压等级60000kVar容量的并联电抗器为例，对使用时间为30年的空心并联电抗器和油浸式铁心并联电抗器，进行全寿命周期运行成本（按利率7%计算现值）的经济性比较。
（一）空心并联电抗器运行成本
1. 购买设备投入：价格105万元/组，每组使用寿命为15年。变电站设计寿命为30年，则使用（2台）成本现值为：105+105×（P/S，7%，15） =105+105×0.3624=143.05（万元）。
2. 运行电能损耗：按南方电网公司技术规范的要求，每组空心电抗器额定损耗值不超过额定容量的0.3%，即60000×0.3%=180kW（75℃）。假定电价为0.45元/度则每年运行损耗（按每天24小时运行，每年运行100天）：180×24×100×0.45=19.44（万元）；30年运行损耗现值为：19.44×（P/A，7%，30）=19.44×12.4090=241.23（万元）。
3. 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。
4. 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）。
5. 产品报废后残值约为7万元，3台产品报废后残值的现值为：7×（P/S，7%，10）+7×（P/S，7%，20） +7×（P/S，7%，30）=7×0.5083+7×0.2584+7×0.1314=6.29（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=143.05+241.23+52+1.24
-6.29=431.23（万元）。
（二）油浸式铁心并联电抗器运行成本
1. 购买设备投入：价格250万元/组，每组使用寿命为30年。30年使用成本现值为：250×1=250（万元）。
2. 运行电能损耗：按南方电网公司技术规范的要求，每组油浸式电抗器额定损耗值不超过120kW（75℃）。假定电价为0.45元/度则每年运行损耗（按每天24时运行，每年运行100天）：120×24×100×0.45=12.96（万元）；30年运行损耗现值为：12.96×（P/A，7%，30） =12.96×12.4090 = 160.82（万元）。
3. 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。
4. 维护成本：每年进行抽样检查，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）。
（5）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 = 250+160.82+14.5+0.25
-4.60 =420.97（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=431.23-420.97=10.26（万元）。
由此可见，虽然铁心电抗器比空心电抗器一次投入高，初期投资大。但综合考虑使用成本，铁心电抗器低于空心电抗器。
五、结 论
1. 空心并联电抗器难以克服其绝缘老化和漏磁两大缺陷，导致运行故障频出，极大影响了变电站运行的稳定性和安全性。
2. 从技术角度看，铁心电抗器在技术指标、稳定性及节能环保等方面较空心电抗器为优。
3. 从经济性角度看，虽然铁心电抗器比空心电抗器一次投入高，初期投资大。但综合考虑使用成本，铁心电抗器低于空心电抗器。