引言
　  干式空芯電抗器是當(dāng)前世界上發(fā)展的新型電抗器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、損耗低、線性度好、噪聲小、維護(hù)方便等特點(diǎn)。在 50 年代，國(guó)、內(nèi)外的限流用的干式空芯電抗器均采用水泥電抗器，而電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償用的并聯(lián)電抗器多采用油浸式鐵芯電抗器。由于水泥電抗器的水泥柱中易留有空隙，吸吵后發(fā)生絕緣擊穿的問題。隨著技術(shù)的進(jìn)步與材料的發(fā)展，由加拿大 TRENCH 公司于 60 年代初首先研制了環(huán)氧浸漬玻璃纖維包封的干式空芯電抗器。目前國(guó)外生產(chǎn)廠家有 TRENCH 、 HABB 、 HAEFLY 和 SPEZIELEKTRA ，其中，產(chǎn)品在世界上覆蓋率高的是 TRENCH 和 SPEZIELEKTRA ，其技術(shù)水平相當(dāng)，*大無功容量達(dá) 600MVar ，*高電壓等級(jí)已達(dá) 765kV 。國(guó)內(nèi)開發(fā)研制干式空芯電抗器起步較晚，于 90 年代初北京電力設(shè)備總廠和西安楊子電器廠開始生產(chǎn)此類產(chǎn)品，目前并聯(lián)電抗器的*高額定電壓等級(jí)為 63kV ，*大無功容量為 120MVar ，電力阻波器的額定電壓 500kV 。上海 MWB 互感器有限公司已于 2000 年引進(jìn)了 TRENCH 的干式空芯電抗器技術(shù)及相關(guān)工藝裝備，其干式空芯電抗器的設(shè)計(jì)、工藝、制造水平與加拿大 TRENCH 相當(dāng)，各類干式空芯電抗器的年生產(chǎn)能力可達(dá)到 5000MVar 。

　  隨著電網(wǎng)建設(shè)及輸變電技術(shù)發(fā)展的需要，采用環(huán)氧浸漬玻璃纖維包封的干式空芯電抗器替代水泥電抗器與鐵芯電抗器是重要的發(fā)展趨勢(shì)，本文僅就干式空芯電抗器（以下簡(jiǎn)稱電抗器）的作用和使用壽命作一分析。

電抗器的作用
電抗器的限流和濾波作用
　  電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，使系統(tǒng)短路容量的額定值迅速增大。如在 500kV 變電站的 35kV 側(cè)，*大的三相對(duì)稱短路電流有效值已接近 50kA 。為了限制輸電線路的短路電流，保護(hù)電力設(shè)備，必須安裝電抗器。電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間系統(tǒng)的電壓保持不變。

　  在電容器回路安裝阻尼電抗器（即串聯(lián)電抗器），在電容器回路投入時(shí)起抑制涌流的作用。同時(shí)與電容器組一起組成濾波器，起各次諧波的濾波作用。如：在 500kV 變電站 35kV 側(cè)無功補(bǔ)償裝置的電容器回路中，為了限制投入電容器組時(shí)的涌流和抑制電力系統(tǒng)的高次諧波，在 35kV 電容器回路中必須安裝阻尼電抗器。當(dāng)電容器組的額定容量為了 2.52MVar 時(shí)，組成 3 次諧波和 5 次諧波濾波支路的電抗器的額定電感分別為 26.2mH 和 9.2mH ，其對(duì)地絕緣水平為 35kV 級(jí)。需要說明的是，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電抗器》 GB10229—88 和 IEC289—88 中均對(duì)阻尼電抗器的使用和技術(shù)條件作了詳細(xì)規(guī)定。但國(guó)內(nèi)有些部門將阻尼電抗器稱為串聯(lián)電抗器，嚴(yán)格來講這是不合適的，因?yàn)樯鲜鰳?biāo)準(zhǔn)中均設(shè)有串聯(lián)電抗器這個(gè)名稱。

　 電抗器在無功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用

　  隨著我國(guó) 500kV 電力系統(tǒng)的發(fā)展，在大型樞紐變電所中需要安裝靜止無功補(bǔ)償裝置的趨勢(shì)越來越明顯。靜止無功補(bǔ)償裝置對(duì)負(fù)載突變的反應(yīng)速度快（一般響應(yīng)時(shí)間為 10~20ms ），具有平滑的無功功率和電壓調(diào)節(jié)特性。因它能夠穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓，有效的改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，抑制電壓波動(dòng)，維持電力系統(tǒng)處于三相平衡狀態(tài)，抑制電力系統(tǒng)的次同步振蕩。此外安裝在電力系統(tǒng)樞紐點(diǎn)的靜止無功補(bǔ)償裝置還能起降低電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)起超壓的作用。因此各大電網(wǎng)中均要求大、中型變電站必須安裝電抗器來補(bǔ)償電容性的無功功率，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

　  并聯(lián)電抗器是無功補(bǔ)償裝置的重要組成部分，用來提高感性無功以平衡電力系統(tǒng)過剩的電容性無功功率，這在電力系統(tǒng)初期輸送功率較小及后期每日深夜輕負(fù)荷時(shí)都是十分必要的。因?yàn)樵谏鲜鰞煞N情況下，輸電線路的電感性無功功率小，由于電容效應(yīng)，輸電線路產(chǎn)生的容性充電功率大于輸電線路吸收的電感性無功功率，滿足電力系統(tǒng)無功平衡的需要，維持電力系統(tǒng)的電壓水平。否則電力系統(tǒng)電壓過高，將無法保證安全運(yùn)行。

　  近年來用減少靜止無功補(bǔ)償裝置中晶閘管的數(shù)量，來減少整個(gè)裝置的投資，有盡可能增大電容器組（簡(jiǎn)稱 TSC ）容量和并聯(lián)電抗器組（簡(jiǎn)稱 TCR ）容量的趨勢(shì)。在有的靜止無功功率補(bǔ)償裝置甚*取消了 TSC 支路，完全由固定電容器組（簡(jiǎn)稱 FC ）代替。這樣，為了保持靜止無功補(bǔ)償裝置具有連續(xù)平滑的無功功率和電壓調(diào)節(jié)特性，就需要加大并聯(lián)電抗器的總?cè)萘?。因此，并?lián)電抗器的用量有增加的趨勢(shì)。

電抗器使用壽命的分析
　  電抗器在額定負(fù)載下長(zhǎng)期正常運(yùn)行時(shí)間，就是電抗器的使用壽命。電抗器使用壽命由材料所決定。制造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類，金屬材料耐高溫，而絕緣材料長(zhǎng)期在較高的溫度、電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，會(huì)逐漸失去原有的力學(xué)性能和絕緣性能，例如變脆、機(jī)械強(qiáng)度降低、電擊穿。這個(gè)漸變過程就是絕緣材料的老化。溫度越高，絕緣材料的力學(xué)性能和絕緣性能減弱的越快；絕緣材料含水量越大，老化也越快。電抗器中的絕緣材料要承受電抗器運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)荷和周圍環(huán)境的作用，這些負(fù)荷的總和、強(qiáng)度和作用時(shí)間決定絕緣材料的使用壽命。

　  這些負(fù)荷包括熱性質(zhì)的、機(jī)械性質(zhì)的和電氣性質(zhì)的，以及周圍環(huán)境的溫度、化學(xué)污染、灰塵和各種射線。

　  由于熱作用一方面可以引起化學(xué)變化，如導(dǎo)致絕緣材料分子結(jié)構(gòu)中的鏈斷裂，分離反應(yīng)和交鏈反應(yīng)；另一方面由于金屬導(dǎo)線和相鄰絕緣材料間的熱膨脹系數(shù)差別較大，而產(chǎn)生機(jī)械擠壓破壞。

　  因電抗器運(yùn)行產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)而引起的機(jī)械負(fù)荷有壓力、拉力、伸展、振動(dòng)等。承受的機(jī)械應(yīng)力高于臨界值時(shí)，絕緣材料會(huì)產(chǎn)生斷裂。周圍環(huán)境中對(duì)電抗器起破壞作用的*顯著的因素是溫度高、濕度大；其次是強(qiáng)光照射、塵埃、細(xì)沙、煙霧等；另外還有生物（如霉菌和細(xì)菌）的影響，以及一些動(dòng)物（如白蟻）的侵害。尤其是在戶外條件下的紫外線輻射，會(huì)加速有機(jī)聚合物的絕緣材料的老化。

　  電抗器運(yùn)行時(shí)，它的使用壽命要受到上述各種負(fù)荷和環(huán)境的影響，其中熱負(fù)荷和環(huán)境的影響*大。因?yàn)椋诒３肿銐虻臋C(jī)械和電氣特性下，電抗器繞組的熱穩(wěn)定溫升被認(rèn)為是其*主要的性能指標(biāo)之一。為此， IEC 及相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中均對(duì)采用各種不同耐溫等級(jí)絕緣材料的電抗器的工作溫升限值規(guī)定如表列所示。當(dāng)溫升較高時(shí)，電抗器運(yùn)行時(shí)的熱流強(qiáng)度的增加而趨于不均勻，其平均溫度與*熱點(diǎn)溫度的差值也增大。

　  電抗器運(yùn)行時(shí)，它的繞組既是導(dǎo)熱介質(zhì)、又是熱源，它的溫度一般來說在空間上總是按一定規(guī)律呈曲線分布。這樣就有了*熱點(diǎn)溫升和平均溫升之分，電抗器繞組的溫升限值以其*熱點(diǎn)溫升為準(zhǔn)，平均溫升是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)是否合理和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。平均溫升與與*熱點(diǎn)溫升之間有一定的規(guī)律性聯(lián)系，電抗器繞組絕緣的熱壽命和絕緣是否受損應(yīng)用繞組*熱點(diǎn)溫升來決定。而不是平均溫升來決定。干式空芯電抗器的使用壽命根據(jù)蒙特申格爾（ Montsingey ）的壽命定律來計(jì)算：

　 （ 1 ）上式中， T 為絕緣材料的使用壽命； A 為常數(shù)（根據(jù)電抗器所用絕緣材料的耐溫等級(jí)確定）； θ 為常數(shù)，約為 0.88 ； θ 為絕緣材料的實(shí)際工作溫度。

對(duì)于蒙特申格爾壽命定律的半對(duì)數(shù) θ ＝ f (lnT), 得到含有方向常數(shù)（ -1/α ）的直線，該直線如圖所示，這就是繞組的壽命（繞組耐熱等級(jí)為 A ， B 和 H ）與繞組工作溫度的函數(shù)關(guān)系。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 
　  從式（ 1 ）和圖中可以看出，每種絕緣材料都有一個(gè)固定的溫度變化值。在某一統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，若電抗器繞組的*熱點(diǎn)溫度比所用絕緣材料的*高允許溫度低，則絕緣材料老化緩慢，壽命延長(zhǎng)。反之則絕緣老化加速，壽命縮短。對(duì)于電抗器的整個(gè)壽命而言，這一絕緣壽命的延長(zhǎng)或縮短便構(gòu)成了壽命的補(bǔ)償。每種絕緣材料的壽命減少一半或增加一倍的溫度變化值是固定不變的。該溫度變化值對(duì)于 A 級(jí)為 8 ℃ ，對(duì)于 B 級(jí)為 8~10 ℃ ，對(duì)于 H 級(jí)為 12 ℃ 。由于 A 級(jí)的 Δθ ＝ 8 ℃ 。因而蒙特申格爾壽命定律還稱為 8 ℃ 規(guī)律， H 級(jí)一般稱為 12 ℃ 規(guī)律。

　  綜上所述，每種絕緣材料均有其耐受的絕緣*高溫度，當(dāng)電抗器繞組的*熱點(diǎn)溫度超過***高溫度時(shí)，絕緣材料將迅速碳化而喪失絕緣性能和力學(xué)性能。因此若電抗器經(jīng)常過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一定要在定貨時(shí)與制造廠協(xié)商，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮經(jīng)常過負(fù)荷的工作狀態(tài)，保證電抗器必要的運(yùn)行壽命。