可控电抗器的原理与应用

1、可控电抗器的原理与应用摘要：文章介绍了可控电抗器的工作原理、设计要点和由可控电抗器组成的静止补偿装置，简要介绍了可控电抗器的主要应用方向。关键词：可控电抗器；磁阀；静止补偿随着用户对电网无功电源要求的与日俱增，迫切需要新型的补偿设备与无功电源的需求相适应。可控电抗器的应用，对提高无功补偿的质量，保持有功和无功功率的相对平衡，实现电网降损节能有着重要的意义。一、可控电抗器的工作原理可控电抗器的结构及电路图如图1所示。电抗器的铁心分裂为对称的两半，每一半铁心具有一长度为Lt的小截面段。四个匝数为N/2的绕组分别对称的绕在两个半铁心柱上。每一半铁心'柱上的上下两绕组各有一抽头比为5=N2/N

2、的抽头,它们之间接有晶闸管KP1、KP2。不同铁心的上下两个绕组交叉连接后，并联到电网，续流二极管则横跨在交叉端点上。若KPI、KP2不导通，根据绕组结构的对称性可知，此时电抗器与空载变压器没有差别。当电源处于正半周时，晶闸管KP1承受正向电压,KP2承受反向电压。若KP1被触发导通，电源经电压比为6的绕组自耦变压后由匝数为N2的绕组向电路提供直流控制电压和电流。同理，若KP2在电源负半周时触发导通，也将产生直流控制电压和电流，而且控制电流的方向与KP1导通时一致。在电源的一个工频周期内，可控硅KPI、KP2的轮流导通起了全波整流的作用。改变KPI、KP2的触发角便可改变控制电流的大小，从而改

3、变电抗器铁心的饱和度，平滑连续的调节电抗器的容量。可控电抗器铁心磁路由面积较大的部分和面积较小部分串联而成。由于在可控电抗器的整个容量调节范围内，大面积段铁心的工作状态始终处于磁路未彻口的线性区，其磁阻相对小面Lt段很小，故予忽略，可见，可控电抗器的磁路是"阀式”结构。当小截面铁心完全饱和时，相当于磁阀门全部关闭，磁阻最大，此时整个磁路犹如面积为S,长度为Lt的空气隙。而当小截面铁心段处于未饱线性区时，磁阻非常小，磁力线几乎完全从中通过，磁阀门完全打开。可控电抗器与传统饱W式电抗器虽然都源于磁饱的原理，但由于其设计理念不同，结构方式不同，二者的工作性能有着明显的差别。可控电抗器克服了

4、饱和式可控电抗器因铁心长期处于饱和状态，损耗大的弊端，具有可随着高压输电线路传输功率的变化自动平滑地调节自身容量的能力。根据不同电压等级和不同的使用要求，可控电抗器的具体结构可能有所不同，但其工作原理是相同的，如图2所示。实验结果表明，图2的电路结构模式与图1(b)的电路结构模式主要测试参数基本相同，如表1所示：可控电抗器也可以采取它励的结构方式，如图3所示。这种电抗器的铁心'与磁阀式可控电抗器的铁心结构相同，不同的是控制绕组是独立的，且为两个工作绕组所共用。在控制绕组中通入由外电源提供的直流电流，调节直流电流的大小，即可改变铁心的磁通量，进而改变电抗器的阻抗，达到调节电抗器电流的目的

5、。这种可控电抗器既具有磁阀式结构可控性能好的优点，又具有触口式结构控制工艺简单的长处，适合在超高压电网使用。它励式可控电抗器的控制绕组对于工作绕组来讲，相当于变压器的二次绕组，在电抗器工作期间，控制绕组将产生很高的交流高压，这将危及控制系统的安全。为了消除这一感应高压,两个工作绕组采用同名端反接的接线方式。因为两个工作绕组和两个铁心的参数是对称的，通过同名端反接的接线方式，使通过控制绕组的磁通因大小相等，方向相反而抵消，从而消除了控制绕组中的父流段）压。二、可控电抗器的特性可控电抗器伏安特性如图4所示，可见，在一定控制导通角下，磁阀式可控电抗器伏安特性近似线性，所以能有效地消除运行时可能产生的

6、振荡现象。磁阀式可控电抗器控制特性图5所示，图中横坐标为可控硅控制角度，纵坐标为电抗器在额定电压下的基波电流幅值标幺值，基准值为额定基波电流幅值。由图可见，可控电抗器输出电流（容量）随控制角增加而减少。模拟实验和理论分析结果表明,可控电抗器的额定容量与空载容量之比（调节深度）可达100倍以上。实际运用中，可控电抗器容量调节深度为10倍左右就足以满足超高压电网无功补偿的要求。可控电抗器的设计要点可控电抗器的器身设计过程，原则上可参照变压器和普通并联铁心电抗器的设计方法设计。但由于可控电抗器工作状态的特殊性，设计过程中要注意以下几点：1 .可控电抗器的空载电流（即控制电流IK二0时的电抗器电流）应

7、不大于额定电流的1%。在额定电流状态下，谐波电流应不大于3%,>2 .对于铁心的大截面部分,磁空可在9000GS左右选择；对于铁心小截面的部分,当电抗器工作在额定状态时，磁密可达18000GS左右。3 .为了减少小截面铁心饱和时产生的铁心'损耗，设计铁心时，小截面的高度可适当降低，数量可适当增加，这对降低温升也是有利的。三、可控电抗器的应用(-)输变电系统的动态无功补偿如图6所示,当线路传输自然功率时，可控电抗器的电抗值最大，容量最小，吸收的容性无功也最小；当线路4专输功率很小时，它的电抗值最小，容量达到颔定值，意味着所吸收的容性无功最大。利用可控电抗器具有实时检测和快速响应的特

8、点，可以在瞬时内改变自己的电抗值，以达到快速平衡无功的目的。(-)冶炼行业的无功补偿在)台炼行业中，电弧炉和轧钢机是耗能大、对供电系统冲击大的设备，特别是电弧炉作为非线性无规律负荷接入电网，导致电网严重三相不平衡，产生负序电流和高次谐波，使电压崎变更趋复杂化,存在严重的电压闪变，许多中小企业的功率因数只能达到0.7左右。轧钢机及其他工飒称负载，在工作中所产生的无功冲击也会引起电网电压降及电压波动,严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率。彻底解决上述问题的惟一方法是安装具有快速响应的动态无功补偿器。可控电抗器动态补偿系统具有优良的动态特性和快速响应的能力，完全可以满足严格的技术要求，向电弧

9、炉和轧钢机快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，增加有功功率的输出，节约电能，提高生产效率，并且能最大限度地降氐闪变的影响。(三)电气化以铁路的无功补偿电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重"污染"，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及低的功率因数，并产生负序电流。目前世界各国解决这一问题的有效途径就是在铁路沿线适当位置安装动态?M尝系统，通过快速补偿来平衡三相电网，并通过滤波装置来提高功率因数。这一目的可由可控电抗器动态补偿系统来实现。（四）矿山、通信等企业的重负载补偿矿山的提升机、大功率破碎机、空压机，采油用的磕头机，通信行业使

10、用的大功率逆变电源等，消耗大量的无功电能，引起电网电压降及电压波动，使功率因数下降，传动装置会产生有害高次谐波。对于电网来说,各类企业都存在大量的无功负载,这些负载是电网负载的主体，解决上述问题,除了输配电系统集中配置无功补偿系统外，大量的是需要在企业的变电站（所）就近安装补偿系统，这是可控电抗器动态补偿系统最广阔的应用空间。（五）可控电抗器的其他应用在电网正常运行时，可控电抗器的容量可根据线路所传输的功率自动平滑调节，以稳定其电压水平。在线路传输大功率时，若出现末端三相跳闸甩负荷的情况，处于接近空载状态的可控电抗器可通过快速励磁系统迅速将电抗器容量调整到所需值，以限制工频过电压。可控电抗器配合中性点小电抗口一定的控制方式，可大大减小线路单相接地时的潜供电流,有效地促使电弧熄灭。四、结语经运行试验表明，可控电抗器具有响应速度快、结构简单、可靠性高等特点，由可控电抗器组成的静止补偿装置为高压和超高压无功补偿提供了性能优良的装备，可控电抗器是理想的电感可控元件，有着广阔的应用空间。参考文献1刘虹，尹志东，陈伯超，等.新型可控自动消弧成套装置的应用研究M.2李晨光.新型可控静