CN100525002C - 可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈 - Google Patents

Abstract

一种电力配电网技术领域的可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈，包括：电抗器，真空接触开关，带二次绕组的电抗器，双相并联可控硅，消弧线圈控制器，每一个电抗器支路上与一个真空接触开关串联后，分别与带二次绕组的电抗器并联，带二次绕组的电抗器的二次侧接入双向并联可控硅并与双相并联可控硅连接形成回路，消弧线圈控制器一端与真空接触开关连接，其另一端与双相并联可控硅连接，通过消弧线圈控制器控制双向并联可控硅的导通角改变带二次绕组电抗器的一次侧的等效电抗值。本发明消除了现有技术的缺点，实现了消弧线圈补偿电流的无级调节，不需要安装滤波装置，其结构设计简单，成本造价较低，可靠性较高，是一种较为理想的消弧线圈。

Description

可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈

技术领域

本发明涉及的是一种电力配电网技术领域的设备，具体的是一种可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈。

背景技术

在6-35KV的配电网系统中，经消弧线圈接地方式以其独特的优点逐渐的得到了广泛的应用。目前消弧线圈按照结构的不同可分为三种：调匝式、调容式、相控式。调匝式消弧线圈是通过有载开关调节消弧线圈的档位改变电感，具有结构简单、造价低廉的优点，但也存在着补偿电流补偿范围小、不能连续调节和有载开关反应速度慢、调档噪音大的缺点。调容式消弧线圈是通过改变消弧线圈二次侧的电容组改变消弧线圈的等效电感，其设计和制造工艺比较复杂，生产成本较高，不能得到广泛的应用。相控式消弧线圈通过改变消弧线圈二次侧可控硅的导通角改变消弧线圈的等效电感，具有补偿电流可连续调节、调节深度大、控制反应速度快的优点，但由于使用了可控硅非线性元件，在系统中产生谐波，需要装设滤波装置，因此设计复杂，造价较高。调匝式消弧线圈以其结构简单、易于制造、价格低廉的优点而得到了广泛的实用，但也存在消弧线圈的档位不够细、补偿电流不能连续可调的缺点。

经对现有技术文献的检索发现，《电力系统谐振接地》(北京：中国电力出版社)中介绍：对调匝式消弧线圈进行改进，其原理基本上还是粗细调的办法，即粗调由有载开关控制，细调由4组可控硅组合控制，这种方法成本较高，并且结构过于复杂，档位可以分到200档，但有很多的重叠档位，没有实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈。使其通过对离散电抗器现有技术的改进设计，实现了消弧线圈补偿电流的无级调节，且不需要安装滤波装置。

本发明通过以下技术方案实现的，本发明包括：四组或五组电抗器、四组或五组真空接触开关、带二次绕组的电抗器、双相并联可控硅、消弧线圈控制器，每一个电抗器支路上与一个真空接触开关串联后，分别与带二次绕组的电抗器并联；带二次绕组的电抗器的二次侧接入双向并联可控硅并与双相并联可控硅连接形成回路；消弧线圈控制器一端与真空接触开关连接，其另一端与双相并联可控硅连接，通过消弧线圈控制器控制双向并联可控硅的导通角改变带二次绕组电抗器的一次侧的等效电抗值。

本发明所述的四组或五组电抗器是容量倍增的独立电抗器，各电抗器并联，各个电感值各不相同的独立的电抗器，通过真空接触开关控制其组合，改变消弧线圈电感，从而实现组合电抗式消弧线圈补偿电流的粗调；带二次绕组的电抗器，其二次侧接入双向并联可控硅模块，消弧线圈控制器通过控制真空接触开关控制所在支路电抗器的投切，通过消弧线圈控制器控制可控硅模块的导通角改变该电抗器的等效电抗。

本发明所述的双相并联可控硅是非线性元件可控硅，能够使消弧线圈补偿电流含有谐波，本发明的设计使消弧线圈补偿电流的谐波含量非常低，其总的谐波畸变率在国家标准要求范围内(小于5％)，谐波含量可以忽略不计，因此不需要安装滤波装置。

本发明利用离散电抗器的组合达到可调消弧线圈的目的，通过以上设计本发明即可实现补偿电流大范围的连续可调，电抗器的电抗较大，在系统中的补偿电流较小，通过该电抗器电感的改变实现消弧线圈补偿电流的微调。

本发明不但消除了调匝式消弧线圈使用有载开关改变消弧线圈电感所带了的缺点，而且在实现了消弧线圈补偿电流的无级调节的同时，不需要安装滤波装置，其结构设计简单，成本造价较低，可靠性较高，是一种较为理想的消弧线圈。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的等效电路图；

图3为本发明带可控硅电抗器的补偿电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示：本实施例的L1、L2、L3、L4为独立电抗器，L’为带二次侧的电抗器；K1、K2、K3、K4为真空接触开关，分别接在L1、L2、L3、L4独立电抗器的支路上，用来控制电抗器的组合；Kg为双向并联可控硅，接在电抗器L’的二次侧；消弧线圈控制器可以控制真空接触开关组合和可控硅的导通角，完成消弧线圈电感的无级调节。独立电抗器L1、L2、L3、L4的补偿电流分别为i₁、i₂、i₃、i₄，其值的关系为i₁:i₂:i₃:i₄＝8:4:2:1。当可控硅完全导通时，电抗器L’的最大补偿电流i′与i₄相等，这样即可实现消弧线圈的补偿电流连续可调。

当消弧线圈投入运行后，如图2所示的系统等效电路图：Un是消弧线圈端口的中性点电压，L′_σ为电抗器L’的等效漏抗，i为消弧线圈总的补偿电流，i′为电抗器L’的补偿电流。

当可控硅的导通角为δ时，中性点电压和电抗器L’的补偿电流i′的波形图，如图3所示，电流的i′波形非正弦波，该电流含有一定的谐波。

任何周期波形都可以展开为傅立叶级数：

其中：f(t)为一个频率为f₀的周期函数，其角频率ω₀＝2πf₀；A₀为直流分量；

为基波分量；

为第n次谐波，幅值为C_n，频率为nf₀，相位为总的谐波畸变率为THD，即 $\mathrm{THD}=\frac{1}{C_1}\sqrt{\underset{n=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{C}_n^2}.$

经分析可控硅的导通角δ在

之间变化时，电流i′中谐波含量的最大谐波畸变率为17％。当消弧线圈的总的补偿电流大于3i′时，消弧线圈总的谐波畸变率小于5％。国标规定：对于66KV及其以下的电力系统，IEEE519标准《IEEE推荐的电力系统中谐波控制的措施和要求》，将单个频率的谐波的幅值限制到基波幅值的3％，将总的谐波畸变率限制到5％。

因此，当消弧线圈总的补偿电流大于3倍可控硅控制的电抗L’的补偿电流i′时，其谐波含量可以忽略不计，不需要安装滤波装置。例如：电抗L1、L2、L3、L4的补偿电流分别为24A、12A、6A、3A，通过几个真空开关的相互配合可以得到3A到45A之间的补偿电流，其补偿电流之间的间隔为3A，因此可调电抗L’的漏抗L′_σ的最大补偿电流设置为3A，即可实现组合消弧线圈的补偿电流从0到48A的无级调节。当消弧线圈的补偿电流大于9A时(3倍的3A)，消弧线圈补偿电流的谐波畸变率小于5％，谐波含量可以忽略不计，不需要安装滤波装置。

Claims (4)

1.一种可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈，包括：独立电抗器，真空接触开关，带二次绕组的电抗器，双向并联可控硅，消弧线圈控制器，其特征在于，所述的独立电抗器为四组或五组电抗器，所述的真空接触开关为四组或五组真空接触开关，每一个独立电抗器支路上与一个真空接触开关串联后，分别与带二次绕组的电抗器并联，带二次绕组的电抗器的二次侧接入双向并联可控硅并与双向并联可控硅连接形成回路，消弧线圈控制器一端与真空接触开关连接，其另一端与双向并联可控硅连接，通过消弧线圈控制器控制双向并联可控硅的导通角改变带二次绕组电抗器的一次侧的等效电抗值。

2.如权利要求1所述的可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈，其特征是，所述的四组或五组电抗器是容量倍增的独立电抗器。

3.如权利要求1所述的可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈，其特征是，所述的带二次绕组的电抗器，其二次侧接入双向并联可控硅，消弧线圈控制器通过控制真空接触开关控制所在支路电抗器的投切。

4.如权利要求1所述的可实现补偿电流大范围的连续可调的消弧线圈，其特征是，所述的双向并联可控硅是非线性元件可控硅。

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