浅谈磁控电抗器在电力系统中的应用

蒋 琳,王 波,舒秋艳（.贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳 55000; .青岛市恒顺众昇集团股份有限公司,山东 青岛 6608）



浅谈磁控电抗器在电力系统中的应用

蒋 琳1,王 波2,舒秋艳2
（1.贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳 550001; 2.青岛市恒顺众昇集团股份有限公司,山东 青岛 266108）

摘 要：电压和频率是电能质量的重要指标，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、安全生产、产品质量、用电单耗等都有直接影响。本文介绍的磁控电抗器MCR通过电压调整，减少波动，滤除无功冲击，提高输送电能的品质。并通过阻尼电压振荡，提高系统的静稳极限，允许更高的电压传输。在技术、价格和使用维护方面MCR 与TCR、固定电容器、SVC、同步补偿器等补偿装置相比也有很大优势。

关键词：磁控电抗器；晶闸管；电压控制；无功补偿

0 引言

随着当前电力系统负荷的日益增加和电压等级的逐渐提高，电力系统对无功功率的需求也发生了很大变化，从以前仅需补偿容性无功发展到如今需要补偿容性和感性无功，且要求能够连续调节。所以无功补偿成了保障电力系统安全运行的一个重要的难题。现在，在电力系统中一般采用固定并联电抗器和固定电容器的无功补偿系统进行无功补偿。但是实践证明，当线路满载时, 固定并联电抗器不容易在系统中切除, 会造成线路电压下降, 损耗增大, 占用电源容量等弊端。目前比较先进的方法是使用可以调节输出容量的可控并联电抗器来进行无功补偿。可控并联电抗器可以对电网的无功功率变化进行实时跟踪和调节。当系统负荷为重载或满载不需要补偿时，电抗器可以输出为零，所以说可控制容量输出的磁控电抗器可以满足各种工况下的理想补偿效果。

磁阀式可控电抗器是目前最具有应用前景的可控电抗器，虽然它的制造要求高，工艺相对复杂。但是随着现在机械及工艺水平的不断提高, 磁控电抗器的水平取得了很大进展。随着实际应用的增多，得到了越来越多的专家的认可。

1 磁控电抗器的结构及原理分析

1.1 磁控电抗器的结构

磁控电抗器主要由出线套管、本体箱壳、器身及散热片、储油柜等附件组成。箱壳由钢板焊接制作，箱壳上装有可以拆卸的散热片、风机、出线套管及油枕等等，此外，磁控电抗器还配套提供相应的保护设备，比如瓦斯继电器、压力释放阀以及压力式温度计等设备，供二次保护接线。

1.2 磁控电抗器的原理

（1）磁控电抗器是可控电抗器中的一种，在整个容量调节范围内只有面积较小的一段磁路饱和，其余段均处于未饱和线性状态，通过改变小截面段的磁路饱和程度来改变电抗器的容量。采用的是直流助磁原理，利用附加的直流作用，励磁磁化了铁心，改变了铁心磁导率，从而实现了电抗值的连续可调。

（2）并联磁路、漏磁自屏蔽原理。磁控式可调电抗器铁芯磁路是并联结构形式，截面由不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯两者通过交错排列的工艺组成并联磁路，通过调节可控硅的触发导通角，控制附加直流励磁电流的大小，达到励磁磁化铁芯的目的。调整不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，从而改变了并联磁路中不饱和区域的磁化程度和饱和区域的磁饱和程度，实现了电抗值的连续及快速的调节。

（3）磁控式可调电抗器实现方式。磁控式可调电抗器部分其铁心具有截面积较小的一段，在整个容量调节范围内只有面积较小的一段磁路饱和，其余段均处于未饱和线性状态，通过改变小截面段的磁路饱和程度来改变电抗器的容量。通过结构对称的设计方法，绕组采用自藕式、对称结构，有效的减少电抗器的损耗及运行时的噪声。

（4）磁控式可调电抗器控制原理。磁控式可调电抗器控制部分包括外部控制器和本体控制部分。外部控制器以DSP、CPLD等高速处理芯片和逻辑芯片为核心，通过采集被控端的PT信号，通过高速处理运算，并将触发信号通过光纤传送到本体控制部分。本体控制部分由脉冲变压器、可控硅，二极管等器件组成。改变可控硅的触发角便可改变控制电流的大小，从而改变电抗器铁心的饱和度，平滑、连续地调节电抗器的容量。

绕组N、Nk是自耦式的，省去了单独的直流控制电源。Nk是绕组N的一部分，Nk的匝数是N的1～2 %；可控硅T1、T2连接在绕组Nk的两端，它电压比较低，大小只是系统电压的1～2 %，数量为1只串联，提高了可控硅运行可靠性。

当磁控电抗器的主绕组接到电源电压上时，便会在可控硅两端感应出1%左右的系统电压。所以会在电源电压正半周时触发导通可控硅T1，形成下图2中（a）的等效电路图；如果在电源电压负半周时触发导通可控硅T2，将形成下图2（b）的等效电路。如果两个可控硅在一个工频周期内轮流触发导通，便会不断产生直流控制电流，所以使电抗器的工作铁心饱和，输出的电流增加。输出电流的大小取决于可控硅的控制导通角的大小，如果控制角越小，则产生的控制电流越强，工作铁心磁饱和度越高，输出电流也将越大。所以，通过改变可控硅的控制角，便可以平滑的调节电抗器的容量。

（5）快速响应功能。对于响应速度要求高的用户，增加了强励线圈及相应的控制系统，最快响应速度可达20ms。

2 磁控电抗器的优点

磁控电抗器型SVC运行可靠，并且结构简单，维护的工作量很少，与TCR型SVC相比，有很大的优点，具体如表1所示。

3 结语

随着电力系统自动化水平和电力电子技术的发展提高，磁控电抗器的制造工艺将更简单，成本更低廉，对于提高电网的输电能力和调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压均有巨大的应用潜力，将成为电力系统中重要的无功补偿设备。并且通过实际的安装运行检验，均运行稳定,补偿能力完全能满足各项工况的运行要求。对稳定系统电压和平衡无功发挥了重要作用，具有良好的补偿效果。

参考文献:

[1]GB/T 14549-93.电能质量 公用电网谐波[S].

[2]GB 50227-95.并联电容器装置设计规范[S].

[3]JB 5346-1998.串联电抗器[S].

[4]陈伯超.新型可控饱和电抗器理论及应用[M].武汉:武汉水利电力大学出版社,1999.

[5]何利铨,邱国跃著.电力系统无功功率与有功功率控制[M].重庆: 重庆大学出版社,1995.

表1

作者简介：蒋琳（1968-），女，高级工程师，主要从事：电网运行控制技术管理工作。

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