淺談磁控電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣 琳,王 波,舒秋艷（.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局,貴陽 55000; .青島市恒順眾昇集團(tuán)股份有限公司,山東 青島 6608）

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淺談磁控電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣 琳1,王 波2,舒秋艷2
（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局,貴陽 550001; 2.青島市恒順眾昇集團(tuán)股份有限公司,山東 青島 266108）

摘 要：電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗等都有直接影響。本文介紹的磁控電抗器MCR通過電壓調(diào)整，減少波動，濾除無功沖擊，提高輸送電能的品質(zhì)。并通過阻尼電壓振蕩，提高系統(tǒng)的靜穩(wěn)極限，允許更高的電壓傳輸。在技術(shù)、價(jià)格和使用維護(hù)方面MCR 與TCR、固定電容器、SVC、同步補(bǔ)償器等補(bǔ)償裝置相比也有很大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：磁控電抗器；晶閘管；電壓控制；無功補(bǔ)償

0 引言

隨著當(dāng)前電力系統(tǒng)負(fù)荷的日益增加和電壓等級的逐漸提高，電力系統(tǒng)對無功功率的需求也發(fā)生了很大變化，從以前僅需補(bǔ)償容性無功發(fā)展到如今需要補(bǔ)償容性和感性無功，且要求能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。所以無功補(bǔ)償成了保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)重要的難題。現(xiàn)在，在電力系統(tǒng)中一般采用固定并聯(lián)電抗器和固定電容器的無功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。但是實(shí)踐證明，當(dāng)線路滿載時(shí), 固定并聯(lián)電抗器不容易在系統(tǒng)中切除, 會造成線路電壓下降, 損耗增大, 占用電源容量等弊端。目前比較先進(jìn)的方法是使用可以調(diào)節(jié)輸出容量的可控并聯(lián)電抗器來進(jìn)行無功補(bǔ)償?？煽夭⒙?lián)電抗器可以對電網(wǎng)的無功功率變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷為重載或滿載不需要補(bǔ)償時(shí)，電抗器可以輸出為零，所以說可控制容量輸出的磁控電抗器可以滿足各種工況下的理想補(bǔ)償效果。

磁閥式可控電抗器是目前最具有應(yīng)用前景的可控電抗器，雖然它的制造要求高，工藝相對復(fù)雜。但是隨著現(xiàn)在機(jī)械及工藝水平的不斷提高, 磁控電抗器的水平取得了很大進(jìn)展。隨著實(shí)際應(yīng)用的增多，得到了越來越多的專家的認(rèn)可。

1 磁控電抗器的結(jié)構(gòu)及原理分析

1.1 磁控電抗器的結(jié)構(gòu)

磁控電抗器主要由出線套管、本體箱殼、器身及散熱片、儲油柜等附件組成。箱殼由鋼板焊接制作，箱殼上裝有可以拆卸的散熱片、風(fēng)機(jī)、出線套管及油枕等等，此外，磁控電抗器還配套提供相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備，比如瓦斯繼電器、壓力釋放閥以及壓力式溫度計(jì)等設(shè)備，供二次保護(hù)接線。

1.2 磁控電抗器的原理

（1）磁控電抗器是可控電抗器中的一種，在整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)只有面積較小的一段磁路飽和，其余段均處于未飽和線性狀態(tài)，通過改變小截面段的磁路飽和程度來改變電抗器的容量。采用的是直流助磁原理，利用附加的直流作用，勵(lì)磁磁化了鐵心，改變了鐵心磁導(dǎo)率，從而實(shí)現(xiàn)了電抗值的連續(xù)可調(diào)。

（2）并聯(lián)磁路、漏磁自屏蔽原理。磁控式可調(diào)電抗器鐵芯磁路是并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，截面由不飽和區(qū)域鐵芯和飽和區(qū)域鐵芯兩者通過交錯(cuò)排列的工藝組成并聯(lián)磁路，通過調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通角，控制附加直流勵(lì)磁電流的大小，達(dá)到勵(lì)磁磁化鐵芯的目的。調(diào)整不飽和區(qū)域和飽和區(qū)域的面積或磁阻，從而改變了并聯(lián)磁路中不飽和區(qū)域的磁化程度和飽和區(qū)域的磁飽和程度，實(shí)現(xiàn)了電抗值的連續(xù)及快速的調(diào)節(jié)。

（3）磁控式可調(diào)電抗器實(shí)現(xiàn)方式。磁控式可調(diào)電抗器部分其鐵心具有截面積較小的一段，在整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)只有面積較小的一段磁路飽和，其余段均處于未飽和線性狀態(tài)，通過改變小截面段的磁路飽和程度來改變電抗器的容量。通過結(jié)構(gòu)對稱的設(shè)計(jì)方法，繞組采用自藕式、對稱結(jié)構(gòu)，有效的減少電抗器的損耗及運(yùn)行時(shí)的噪聲。

（4）磁控式可調(diào)電抗器控制原理。磁控式可調(diào)電抗器控制部分包括外部控制器和本體控制部分。外部控制器以DSP、CPLD等高速處理芯片和邏輯芯片為核心，通過采集被控端的PT信號，通過高速處理運(yùn)算，并將觸發(fā)信號通過光纖傳送到本體控制部分。本體控制部分由脈沖變壓器、可控硅，二極管等器件組成。改變可控硅的觸發(fā)角便可改變控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心的飽和度，平滑、連續(xù)地調(diào)節(jié)電抗器的容量。

繞組N、Nk是自耦式的，省去了單獨(dú)的直流控制電源。Nk是繞組N的一部分，Nk的匝數(shù)是N的1～2 %；可控硅T1、T2連接在繞組Nk的兩端，它電壓比較低，大小只是系統(tǒng)電壓的1～2 %，數(shù)量為1只串聯(lián)，提高了可控硅運(yùn)行可靠性。

當(dāng)磁控電抗器的主繞組接到電源電壓上時(shí)，便會在可控硅兩端感應(yīng)出1%左右的系統(tǒng)電壓。所以會在電源電壓正半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T1，形成下圖2中（a）的等效電路圖；如果在電源電壓負(fù)半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通可控硅T2，將形成下圖2（b）的等效電路。如果兩個(gè)可控硅在一個(gè)工頻周期內(nèi)輪流觸發(fā)導(dǎo)通，便會不斷產(chǎn)生直流控制電流，所以使電抗器的工作鐵心飽和，輸出的電流增加。輸出電流的大小取決于可控硅的控制導(dǎo)通角的大小，如果控制角越小，則產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，工作鐵心磁飽和度越高，輸出電流也將越大。所以，通過改變可控硅的控制角，便可以平滑的調(diào)節(jié)電抗器的容量。

（5）快速響應(yīng)功能。對于響應(yīng)速度要求高的用戶，增加了強(qiáng)勵(lì)線圈及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，最快響應(yīng)速度可達(dá)20ms。

2 磁控電抗器的優(yōu)點(diǎn)

磁控電抗器型SVC運(yùn)行可靠，并且結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)的工作量很少，與TCR型SVC相比，有很大的優(yōu)點(diǎn)，具體如表1所示。

3 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)自動化水平和電力電子技術(shù)的發(fā)展提高，磁控電抗器的制造工藝將更簡單，成本更低廉，對于提高電網(wǎng)的輸電能力和調(diào)整電網(wǎng)電壓、補(bǔ)償無功功率以及限制過電壓均有巨大的應(yīng)用潛力，將成為電力系統(tǒng)中重要的無功補(bǔ)償設(shè)備。并且通過實(shí)際的安裝運(yùn)行檢驗(yàn)，均運(yùn)行穩(wěn)定,補(bǔ)償能力完全能滿足各項(xiàng)工況的運(yùn)行要求。對穩(wěn)定系統(tǒng)電壓和平衡無功發(fā)揮了重要作用，具有良好的補(bǔ)償效果。

參考文獻(xiàn):

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[5]何利銓,邱國躍著.電力系統(tǒng)無功功率與有功功率控制[M].重慶: 重慶大學(xué)出版社,1995.

表1

作者簡介：蔣琳（1968-），女，高級工程師，主要從事：電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)管理工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.146