淺談磁控電抗器在電力系統中的應用

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

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淺談磁控電抗器在電力系統中的應用

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

摘 要：電壓和頻率是電能質量的重要指標，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、安全生產、產品質量、用電單耗等都有直接影響。本文介紹的磁控電抗器MCR通過電壓調整，減少波動，濾除無功沖擊，提高輸送電能的品質。并通過阻尼電壓振蕩，提高系統的靜穩極限，允許更高的電壓傳輸。在技術、價格和使用維護方面MCR 與TCR、固定電容器、SVC、同步補償器等補償裝置相比也有很大優勢。

關鍵詞：磁控電抗器；晶閘管；電壓控制；無功補償

0 引言

隨著當前電力系統負荷的日益增加和電壓等級的逐漸提高，電力系統對無功功率的需求也發生了很大變化，從以前僅需補償容性無功發展到如今需要補償容性和感性無功，且要求能夠連續調節。所以無功補償成了保障電力系統安全運行的一個重要的難題。現在，在電力系統中一般采用固定并聯電抗器和固定電容器的無功補償系統進行無功補償。但是實踐證明，當線路滿載時, 固定并聯電抗器不容易在系統中切除, 會造成線路電壓下降, 損耗增大, 占用電源容量等弊端。目前比較先進的方法是使用可以調節輸出容量的可控并聯電抗器來進行無功補償。可控并聯電抗器可以對電網的無功功率變化進行實時跟蹤和調節。當系統負荷為重載或滿載不需要補償時，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償效果。

磁閥式可控電抗器是目前最具有應用前景的可控電抗器，雖然它的制造要求高，工藝相對復雜。但是隨著現在機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展。隨著實際應用的增多，得到了越來越多的專家的認可。

1 磁控電抗器的結構及原理分析

1.1 磁控電抗器的結構

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、風機、出線套管及油枕等等，此外，磁控電抗器還配套提供相應的保護設備，比如瓦斯繼電器、壓力釋放閥以及壓力式溫度計等設備，供二次保護接線。

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，在整個容量調節范圍內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，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，勵磁磁化了鐵心，改變了鐵心磁導率，從而實現了電抗值的連續可調。

（2）并聯磁路、漏磁自屏蔽原理。磁控式可調電抗器鐵芯磁路是并聯結構形式，截面由不飽和區域鐵芯和飽和區域鐵芯兩者通過交錯排列的工藝組成并聯磁路，通過調節可控硅的觸發導通角，控制附加直流勵磁電流的大小，達到勵磁磁化鐵芯的目的。調整不飽和區域和飽和區域的面積或磁阻，從而改變了并聯磁路中不飽和區域的磁化程度和飽和區域的磁飽和程度，實現了電抗值的連續及快速的調節。

（3）磁控式可調電抗器實現方式。磁控式可調電抗器部分其鐵心具有截面積較小的一段，在整個容量調節范圍內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，通過改變小截面段的磁路飽和程度來改變電抗器的容量。通過結構對稱的設計方法，繞組采用自藕式、對稱結構，有效的減少電抗器的損耗及運行時的噪聲。

（4）磁控式可調電抗器控制原理。磁控式可調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，通過高速處理運算，并將觸發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、連續地調節電抗器的容量。

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

當磁控電抗器的主繞組接到電源電壓上時，便會在可控硅兩端感應出1%左右的系統電壓。所以會在電源電壓正半周時觸發導通可控硅T1，形成下圖2中（a）的等效電路圖；如果在電源電壓負半周時觸發導通可控硅T2，將形成下圖2（b）的等效電路。如果兩個可控硅在一個工頻周期內輪流觸發導通，便會不斷產生直流控制電流，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通角的大小，如果控制角越小，則產生的控制電流越強，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，便可以平滑的調節電抗器的容量。

（5）快速響應功能。對于響應速度要求高的用戶，增加了強勵線圈及相應的控制系統，最快響應速度可達20ms。

2 磁控電抗器的優點

磁控電抗器型SVC運行可靠，并且結構簡單，維護的工作量很少，與TCR型SVC相比，有很大的優點，具體如表1所示。

3 結語

隨著電力系統自動化水平和電力電子技術的發展提高，磁控電抗器的制造工藝將更簡單，成本更低廉，對于提高電網的輸電能力和調整電網電壓、補償無功功率以及限制過電壓均有巨大的應用潛力，將成為電力系統中重要的無功補償設備。并且通過實際的安裝運行檢驗，均運行穩定,補償能力完全能滿足各項工況的運行要求。對穩定系統電壓和平衡無功發揮了重要作用，具有良好的補償效果。

參考文獻:

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[2]GB 50227-95.并聯電容器裝置設計規范[S].

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[4]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.

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

表1

作者簡介：蔣琳（1968-），女，高級工程師，主要從事：電網運行控制技術管理工作。

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