降低變電站無功補償裝置損耗的研究

摘? 要：目前，變電站內10 kV線路上出現了磁控電抗器+電容器補償裝置+固定電抗器進行無功補償、平衡電壓的方式。但在實際運行中，磁控電抗器自動投切的模式中出現了諧波含量大、損耗偏高和響應時間長等現象，降低了系統運行的可靠性。因此，應改變磁控電抗器本身相序的排列結構，并結合電抗器的工作原理，達到降低無功補償裝置損耗含量的目的，從而提高設備運行的穩定性。

關鍵詞：無功補償裝置;磁控電抗器;損耗含量;直流磁通回路

中圖分類號：TM761+.1???????? ?文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0026-02

目前，電力系統正在提高配網運行的可靠性、功率因數和能源利用率。因此，如何解決10 kV配網中動態無功補償裝置投入時產生的損耗是變電站一直關注的問題。大部分變電站采用了固定電容器串聯固定電抗平衡母線電壓、實現無功補償，但是實際效果較差，且自身的損耗造成大部分裝置處于熱備用狀態。采用磁閥式可控電抗器與電容器組配合使用，可解決固定電容器、可投切電容器組容量無法調節或無法連續調節的問題。磁閥式可控電抗器可平滑地調節輸出容量，它與電容器配合后，無功從容性到感性連續可調，靈活性高。從磁控電抗器裝置的數據看，磁控電抗器運行在半飽和狀態和飽和狀態時，本身的損耗含量、諧波含量較大，易造成電抗器溫度過高，這會造成電網電壓不穩定。因此，如何解決磁控電抗器運行時的損耗是無功補償裝置研究中的熱點問題。

1? 變電站無功補償的工作原理

當電容器投入時，通過調節磁控電抗器的容量，可實現母線上的無功平衡，并保證功率因數>0.95;當饋線運行結構發生變化時，感性無功增大，此時可切除一組電容組，并調節磁控電抗器的容量，以保證電壓平衡。變電站內電抗器和固定電容器的一次原理如圖1所示。單相磁控電抗器的內部結構如圖2所示。

圖1? 磁控電抗器與固定電容器的一次接線

圖2? 可控電抗器的結構和電氣連接

從圖中2可以看出，磁控電抗器為三相六柱結構，每相一

柱鐵芯分裂為每相由兩柱鐵芯并列，且每個鐵芯的繞組又分為上、下2個相同匝數（N/2）的繞組，并將不同鐵芯柱上的上、下繞組交叉連接，最后并聯至電網電源e（t）=sin（ωt）。為了獲得直流偏磁的電源，該結構在同一鐵芯的柱上、下繞組中引出了抽頭比為δ/2（δ=N2/N，一般取1%～5%）的抽頭。當晶閘管導通時，短路對應δ匝數的繞組（控制繞組）。續流二極管VD橫跨于交叉端點上，并通過該變晶閘管的導通角，可改變電抗器直流偏磁的大小，即調節電抗器的容量，從而達到動態平滑調節電抗器容量的目的。

2? 磁控電抗器的損耗分析

目前，某110 kV變電站10 kV母線并聯無功補償裝置（電抗器容量為500 kVar）可控制電抗器運行在額定狀態下，實際額定電流為28.7 A，測量損耗為10.75 kW（儀器參數設置的容量為500 kVar，電壓為10 kV），損耗達到了2.15%，大大超過了規定的0.99%.電抗器的損耗將導致其鐵芯損耗和渦流損耗，投入后還會產生相應的電網損耗。因此，我們在檢修狀態下分析了電抗器的內部結構，具體如圖3所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—A相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—C相直流磁通;7—線圈繞組

圖3? 可控電抗器三相六柱的排列結構

從圖3中可以看出，A1，B1，C1三柱電流的方向相同，各自產生的直流磁通的方向也相同;A2，B2，C2的直流磁通方向相同，且與A1，B1，C1相等，但方向相反。A1柱的直流磁通大部分從A2柱流回，兩柱之間形成了直流磁通回路，類推B1與B2、C1與C2也會形成同樣的直流磁通回路。因此，在A1與B1、B2與C2之間的鐵軛與其中一柱的直流磁通相等，而在B1與C1、A2與B2之間的鐵軛將與2倍柱的直流磁通相等，在C1與A2兩柱之間的鐵軛則將流過3倍。這樣的設計會增加材料的使用量，并增加加工的復雜程度。若要求鐵軛的截面均勻分布，C1與A2之間鐵軛的鐵耗將是A1與B1兩柱間的3倍，B1與C1、A2與B2之間為2倍。但這樣的鐵軛具有損耗過大的缺點，且各鐵軛段上的磁感應強度超過某一值后，磁導率會隨其增大而減小，磁阻和直流勵磁電流會隨其增大而增大，進而增加了負載損耗。

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應強度與磁通量成正比例關系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應強度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應強度接近0.這種排列順序相對于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會引起電網電壓的波動。改變排列順序后電抗器的內部結構圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結構圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對改進后電抗器的損耗測量進行了對比，通過交叉排列三相六柱，在微機控制晶閘管觸發角為0°、電抗器在額定狀態運行時，測得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總容量的0.99%，達到了預計目標。

3? 結束語

本文通過分析磁控電抗器在運行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內部排列結構的研究方法。試驗證明，改變排列結構能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時，不會改變調節范圍和調節方式，也不會引發電網電壓波動，達到了預期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網的無功補償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網的可靠運行仍然是重要的研究課題。

參考文獻

[1]王子強.磁閥式可控電抗器磁路結構研究及應用[D].北京：華北電力大學，2010.

[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級磁閥結構的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應用[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數學模型及特性[J].武漢水利電力大學學報，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強，卜廣全.可控電抗器在我國超/特高壓電網中的應用[J].電機工程學報，2007，27（07）：l-6.

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作者簡介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現工作于河源供電局繼保班，從事電力系統設備二次回路的相關工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應強度與磁通量成正比例關系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應強度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應強度接近0.這種排列順序相對于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會引起電網電壓的波動。改變排列順序后電抗器的內部結構圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結構圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對改進后電抗器的損耗測量進行了對比，通過交叉排列三相六柱，在微機控制晶閘管觸發角為0°、電抗器在額定狀態運行時，測得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總容量的0.99%，達到了預計目標。

3? 結束語

本文通過分析磁控電抗器在運行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內部排列結構的研究方法。試驗證明，改變排列結構能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時，不會改變調節范圍和調節方式，也不會引發電網電壓波動，達到了預期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網的無功補償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網的可靠運行仍然是重要的研究課題。

參考文獻

[1]王子強.磁閥式可控電抗器磁路結構研究及應用[D].北京：華北電力大學，2010.

[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級磁閥結構的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應用[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數學模型及特性[J].武漢水利電力大學學報，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強，卜廣全.可控電抗器在我國超/特高壓電網中的應用[J].電機工程學報，2007，27（07）：l-6.

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作者簡介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現工作于河源供電局繼保班，從事電力系統設備二次回路的相關工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應強度與磁通量成正比例關系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應強度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應強度接近0.這種排列順序相對于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會引起電網電壓的波動。改變排列順序后電抗器的內部結構圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結構圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對改進后電抗器的損耗測量進行了對比，通過交叉排列三相六柱，在微機控制晶閘管觸發角為0°、電抗器在額定狀態運行時，測得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總容量的0.99%，達到了預計目標。

3? 結束語

本文通過分析磁控電抗器在運行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內部排列結構的研究方法。試驗證明，改變排列結構能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時，不會改變調節范圍和調節方式，也不會引發電網電壓波動，達到了預期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網的無功補償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網的可靠運行仍然是重要的研究課題。

參考文獻

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[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級磁閥結構的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應用[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數學模型及特性[J].武漢水利電力大學學報，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強，卜廣全.可控電抗器在我國超/特高壓電網中的應用[J].電機工程學報，2007，27（07）：l-6.

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作者簡介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現工作于河源供電局繼保班，從事電力系統設備二次回路的相關工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop