可控并联电抗器

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1、可控并联电抗器调研报告1 国内外研究现状电抗器是电力系统中重要的设备，在电力系统中广泛的应用于限 制工频过电压、消除发电机自励磁、限制操作过电压和线路容性充电功 率、潜供电流抑制、限制短路电流和平波等。目前电力系统中使用的电 抗器主要是固定电抗器，但随着电力工业的发展，电能质量和节能的要 求的提高，固定电抗器越来越不能满足系统的要求，而根据实际需要改 变电抗值的可控电抗器也越来越受到人们的关注。可控电抗器是在磁放大器的基础上发展起来的，20世纪50年代科 学家把磁放大器的工作原理引入了电力系统，1955年英国通用电气公司 制造了世界上第一台可控电抗器。从此，可控电抗器引起了国内外学者 的广泛关

2、注，并围绕可控电抗器结构原理，控制策略进行了广泛的研究， 并大力引进新兴的电力电子技术，产生了大量研究成果和应用实例。70年代，晶闸管技术应用于电抗器，产生了晶闸管控制电抗器（TCR）。当时，BBC公司提出一种基于高抗变压器的可控电抗器，1979年， BBC公司在加拿大Kvebek郡Lorea tid变电站投运了 450Mvar/750kV这种 可控电抗器，现仍在运行。其优点：响应速度快（10ms）；其缺点是： 谐波含量大（达到6%），损耗为传统变压器的5倍，该项技术未能推广。 2001年，圣彼得堡理工大学在本体设计上进行较大改进，并增加了用于 滤波的补偿绕组，大大减少了这种可控电抗器的谐波损

3、耗，BHEL公司在 印度Itarsi投运了一套50Mvar/420kV这种变压器型可控电抗器，目前该 系统仍然运行良好。70年代，俄罗斯提出了一种基于直流磁饱和式可控电抗器，这种电 抗器是通过在电抗器中注入直流励磁，调整电抗器铁心的饱和程度，从 而实现电抗器输出容量的可控。随后，俄罗斯先后在一些变电站投运了 这种磁控式的可控电抗器，这些可控电抗器一直可靠运行至今。1986年， 前苏联学者改进磁控式可控电抗器结构，又提出了新型的磁阀式可控电 抗器，这种磁阀式可控电抗器也是通过调节直流励磁实现电抗器可控 的，但是它具有不需要外接电源的优点，因此磁阀式可控电抗器很快成 为研究的热点。磁阀式可控电抗器

4、在俄罗斯和乌克兰得到了良好的应 用。近些年来，国内学者和科研机构也展开了对可控电抗器的研究，在 许多方面取得了丰硕的成果。2006年，中国电力科学研究院和西安变压 器厂合作在国内率先生产了 500kV/50MVA的油浸交流有级可控电抗器， 这种可控电抗器是基于高阻抗变压器分级调节的可控电抗器， 2006年9 月19日在神木一忻州一石北500kV线路忻州开关站一次性投运成功。 2007年，中国电力科学研究院与沈阳变压器厂合作，生产了国内首台 500kV/120MVA磁控式可控电抗器，于2007年9月28日在500k V荆州站投运 成功。可控高抗在特高压电网中的作用：提高电网输送能力限制工频过电压

5、抑制潜供电流、降低恢复电压，保证重合闸成功率限制操作过电压 补偿线路容性功率，稳定电网电压 减少开关操作，降低维护运行成本 降低网损2工作原理根据工作原理的不同，可控并联电抗器可分为高阻抗变压器分级 式(s teppedco nt rollable shu nt reac tor，SCSR)、磁控式(magne ti cally con trolled shun t reac tor，MCSR)等多种类型。2.1高阻抗变压器式电抗器的工作原理SCSR 基于高阻抗变压器原理，将普通变压器做成100%的高阻抗，并将高阻抗电抗通过抽头分成N份，每一等份电抗由双向晶闸管和斷路 器并联组成的复合开关控制

6、投入和切除。本文以N = 3为例介绍SCSR的 结构及工作原理。应用于超/特高压输电线路的SCSR三相为3个单相变 压器型的电抗器，高压侧三相绕组采用星型接线，中性点直接接地(可 根据需要装设中性点小电抗)；低压侧采用星型接线，低压侧高阻抗电 抗分成3份，对应控制100% 、 75% 、 50% 、 25%共4组输出容量，以实现 容量调节，低压侧中性点直接接地。SCSR的单相结构如图所示。a图1超/特高压SCSR单相结构原理图1中XL1、XL2、XL3为低压侧电抗，由并接其两侧的双向晶闸 管及斷路器控制其投退。当设备运行时调解输出容量，需要退出相应电 抗时，双向晶闸管快速导通，将相应电抗旁路，

7、双向晶闸管导通后并接 其两端的旁路斷路器合闸，承担回路长期短路电流，双向晶闸管退出运 行。2.1磁控电抗器的工作原理磁控电抗器是在磁放大器的基础上发展起来的，其简化结构如图 所示。工作绕组每相均由两个并联绕组组成三相星型连接。工作绕组 同名端并联接到系统高压侧中性点经小电抗接地。控制绕组三角形连 接为零序谐波电流提供一个闭合回路。控制绕组的异名端并联接入整 流器的输出侧。dtRwjyYYYYYYYYUlyyyyy超高压线路中磁控电抗器应具有快速响应能力，在斷路器计划操 作或者故障跳闸时。用旁路斷路器(图中的Bal和Ba2、Bbl和Bb2、Bel和 Bc2)将控制绕组短路，这样能迅速将磁控电抗器

8、调节到高短路阻抗状 态，起到抑制过电压和补偿潜供电流的作用。磁控电抗器的容量取决于铁心的饱和程度。改变整流器输出的直 流控制电流，对铁心分别起到增磁和去磁的作用，进而调节铁心磁饱和 度，即可达到平滑调节电抗器容量的目的。磁控电抗器工作在极限饱和 状态时的输出电流如下图所示，磁控电抗器的输出电流可由下式 i = j (H + H )确定，其中l为两铁芯的长度，N为工作绕组匝数，H和2 N i 21H2分别为两铁芯的磁场强度。3关键技术可控高抗的适用性研究可控高抗在系统中的优化配置技术特高压电网对可控高抗的特殊需求研究可控高抗的稳态、暂态及各种故障条件下的保护、控制策略可控高抗数学模型和仿真模型可

9、控高抗的输电网系统分析和仿真技术磁控高抗的相关关键技术磁控高抗励磁系统响应时间的提高 谐波及非线性特性对运行的影响 与合闸电阻及避雷器的配合对限制过电压的作用与中性点小电抗的配合抑制潜供电流高阻高抗阀控系统电压、电流等级的提高针对以上关键技术，国内的一些高校和研究单位对其进行了研究， 从文献上获取的有以下这些：（1）超/特高压高漏抗变压器式分级可控并联电抗器的动态模拟： 基于高漏抗变压器原理建立模型，可满足对500kV、750kV及1000kV系统 中不同容量的SCSR的模拟，具备多种容量输出的控制模式和控制功能， 适合于对超/特高压SCSR的控制逻辑及装设SCSR的超/特高压输电系统 进行研

10、究。结构上设置匝间短路抽头，可用于研究和检测其本体保护装 置。结合该装置，可对应用于超/特高压输电系统的可控高抗的调节响 应特性进行研究，以及其正常运行、异常情况对系统的可靠性及安全性 的影响进行研究。（2）特高压线路安装可控电抗器的适用性研究：可控电抗器主要 是解决长距离重载线路限制过电压和无功调节矛盾，所以特高压交流电 网需要可控电抗器。可控电抗器对系统暂态稳定的影响主要依赖于它在 工况下的状态，而与其调节方式关系不大；而可控电抗器对系统动态稳 定的影响则不仅与其工况下的状态相关，更主要的是与可控电抗器的调 节方式相关，其中，无滞后环节平滑调节电抗器和多次动作分级投切电 抗器在工况满负荷的

11、情况下对系统具有最好的作用。必须通过电磁暂态 仿真研究过电压和潜供电流对于可控电抗器的要求，包括响应时间，控 制方式及中心点接地小电抗的取值等，并以此指导可控电抗器的设备研 发及制造。（3）高压并联可控电抗器的保护配置：鉴于可控高压并联电抗器 与普通高压并联电抗器的结构特点和运行方式的不同，可控高压并联电 抗器保护的设置，除包括对主电抗器原边的保护以及作为线路高压并联 电抗器运行时对中性点接地电抗器的保护外，还应包括对复变控制绕组 的保护，经过详细仿真、分析和试验，提出了增加可控高压并联电抗器 大差动保护、副边自产零序电流保护和副边外接零序电流保护来侧重反 应副边的相间、匝间及接地故障的保护方

12、案，而这些保护在普通高压并 联电抗器保护中是无需配置的。（4）可控并联电抗器配合中性点小电抗抑制潜供电流研究：给出 了中性点小电抗的理论计算公式，并可根据可控电抗器的参数计算小电 抗的理论最佳值。通过EMTP建模仿真的方式得知，由于电抗器的容量可 以调节，对于不同容量下发生单相接地故障时，潜供电流的大小也不相 同，但均比无高抗时潜供电流要小的多。所以通过选择合适的小电抗值， 可控电抗器能显著地抑制潜供电流。4 工程应用工程1：忻都 500kV 可控高抗工程忻都500k V可控高抗工程为世界首套500k V分级投切变压器型可控 高抗装置。装置安装在中国山西省忻州市500kV开关站内，装置兼具母

13、线可控电抗器和线路可控电抗器功能。忻都站安装可控电抗器，与安装固定电抗器相比，有较好的降低 网损作用，2006、2008年最大可减少网损分别为2MW和2.4MW。另外，可 控高抗装置电抗值和容量可以快速调节，对系统电压有一定的调节能 力，提高线路输送能力时；紧急情况下可以实现强补以抑制工频过电压； 作为线路用可控高抗装置，配合中性点电抗器还可以起到抑制潜供电 流、降低恢复电压等作用，保证线路重合闸成功率。系统参数：额定电压：550kV额定容量：3*50Mvar中性小电抗：1050容量调节范围：25%、50%、75%、100%响应时间：从小容量调节为大容量时间不超过30ms，从大容量调节为小容量

14、不超过100ms工程2：江陵 500kV 可控高抗工程江陵可控高抗工程于2007年9月投运，是国际上首次将磁控式可控 电抗器应用到500kV输电线路侧。装置安装在中国湖北荆州500k V换流变 电站三右交流出线处，其容量为100MVar。江陵站江陵三峡右一安装可控电抗器，与安装固定电抗器相比， 有较好的降低网损作用，2007、2008年最大可减少网损分别为7.2MW和 2.9MW。另外，磁控式可控高抗装置电抗值和容量可以连续快速调节， 对系统电压有一定的调节能力，提高线路输送能力时；紧急情况下可以 实现强补以抑制工频过电压；作为线路用可控高抗装置，配合中性点电 抗器还可以起到抑制潜供电流、降低

15、恢复电压等作用，保证线路重合闸成功率可控电抗器额定参数额定容量：3*40Mvar额定电压：550kV短路阻抗：63%励磁系统容量：1MVA中性点电抗器参数：额定电抗值：600100 设抽头5 建议根据特高压电网规划对可控高抗设备的需求，并考虑到设备研制 的技术难度，建议可控电抗器装置按照示范、应用和推广三个阶段进行， 对于具体的时间表提出初步建议如下表所示。另外，初期可选择开发难 度较小的高阻抗变压器分级投切式可控电抗器，其示范及应用可结合工 程尽快开展。WORD整理版阶段主要内容可控电抗器示范应用可行性深化研究 技术规范制定设备研制设 备试验.建设示范工程2010年左右应用设备性能升级改善设备设计. 建设应用工程20102012 年推广配合特高压电网建设开展推 广应用2012年后