CN100570766C

CN100570766C - 外接电源可控电抗器

Info

Publication number: CN100570766C
Application number: CNB2006100476136A
Authority: CN
Inventors: 安振; 赵静
Original assignee: TECHNOLOGY CENTRE SHENYANG TRANSFORMER GROUP CO Ltd TEBIAN DIANGONG
Current assignee: TBEA Shenyang Transformer Group Co Ltd
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN1933054A

Abstract

一种外接电源可控电抗器，包括主体部分，它由油箱、设在其中的导磁芯柱、左、右旁磁轭和上、下磁轭、导磁芯柱上的绕组和用于测量各类参数的各种传感器组成，外接电源可控电抗器中设有整流及滤波装置、用于检测电网参数的检测设备和控制单元，导磁芯柱上从外向内套设有网侧绕组、控制绕组，网侧绕组与输电线路相连，整流及滤波装置与外接交流电源相连，控制绕组一端与整流及滤波装置的输入端相连，整流及滤波装置的输出端与控制绕组另一端相连，组成反馈回路，控制单元分别与主体部分中同各种传感器相连的端子箱、整流及滤波装置及检测设备相连，检测设备与输电线路相连，从而改变铁芯饱和度和导磁率，实现改变电抗器的电抗值和容量的发明目的。

Description

外接电源可控电抗器

技术领域

本发明涉及一种电抗器，特别涉及一种利用外部电源实现电抗值和容量可控的一种电抗器。

背景技术

可控电抗器研究始于上个世纪50年代，相继出现了调匝式、调气隙式、高阻抗变压器式、相控式等多种类型的可控电抗器，虽然在低压电网中使用起到一定效果，但多数不能应用于高压电网中。为解决这一问题，目前所研究的磁控式电抗器常常采用铁心柱上设有小截面段结构，线圈带有分接头，实践中感到这种结构的电抗器仍无法应用于高电压产品中。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用外部电源能量柔性改变磁阻大小，实现电抗值和容量可控的外接电源可控电抗器。

本发明为解决其具体技术问题，所采用的技术方案是：本发明包含有由油箱，其内设的导磁芯柱、上下磁轭、左右旁磁轭和设在导磁芯柱上的线圈，以及设在油箱外部的的电压、电流和温度传感器组成的主体部分、整流及滤波装置、检测设备、控制单元组成，其中主体部分内之线圈包括网侧绕组和控制绕组套设在导磁芯柱上。网侧绕组与输电线路相连，整流及滤波装置与外接交流(AC)电源相连，整流及滤波装置的输出端与控制绕组相连，控制单元分别与主体部分中各种传感器、整流及滤波装置、检测设备相连，检测设备还与输电线路相连。

所述主体部分为多绕组变压器，其中每相磁路是由2-6个导磁芯柱、左右旁磁轭，上下磁轭组成，主体部分线圈由网侧绕组和控制绕组组成，依在前顺序从外向里套设在导磁芯柱上。网侧绕组和控制绕组由至少一个至几个线圈组成，可组成串联或并联结构。

所述整流及滤波装置中整流变压器一次线圈与外电源相连，中间并联滤波器，整流变压器输出端与可控硅组连接。可控硅组输出的直流电源与控制绕组相连，滤波由电容器和电感实现，包括3次谐波滤波器、5次谐波滤波器及更高次谐波滤波器。根据具体滤波要求，整流及滤波装置可以设有一组滤波器或设有几组滤波器。

所述检测设备用以检测电网中的电压、电流、无功功率及有功功率。

所述控制单元用以通过检测电网参数和采集主体部分线圈电压、电流和温度信号进行控制与保护，依采集的各个位置电压量、电流量、温度信号，调节整流滤波装置中晶闸管触发角，平缓控制用于改变电抗中铁芯磁阻的直流励磁电流，并实现对本体保护。即：外施电源提供给整流及滤波装置的交流电流，通过整流及滤波装置进行整流输出直流电流，控制单元根据检测设备从电网中检测到的电网电压、无功功率和有功功率的变化，自动控制整流及滤波装置中可控硅的触发角(触发角变化范围为0-180°)，从而改变此直流电流的大小，即改变套设在电抗器铁心中控制绕组内的直流励磁电流，控制铁心饱和程度，改变铁心中磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。

本发明的有益效果是应用在电力系统中，不仅实现电力网络无功功率自动动态补偿，有效抑制系统过电压和潜供电流，消除发电机自励磁；还能实现真正的柔性输电，抑制工频和操作过电压，降低线路损耗，从而提高电网运行可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明具体实施方式1的电路原理图；

图3为本发明具体实施方式1中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图4为本发明具体实施方式2的电路原理图；

图5为本发明具体实施方式2中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图6为本发明具体实施方式3的电路原理图；

图7为本发明具体实施方式3中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图8为本发明具体实施方式4的电路原理图；

图9为本发明具体实施方式4中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图10为本发明具体实施方式5的电路原理图；

图11为本发明具体实施方式5中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图12为本发明具体实施方式6的电路原理图；

图13为本发明具体实施方式6中主体部分铁心和线圈装配示意图；

图14为本发明具体实施方式7的电路原理图；

图15为本发明具体实施方式7中主体部分一个器身的铁心和线圈装配示意图；

图16为本发明具体实施方式7中主体部分另一个器身的铁心和线圈装配示意图；

图17为本发明具体实施方式8的电路原理图；

图18为本发明具体实施方式8中主体部分一个器身的铁心和线圈装配示意图；

图19为本发明具体实施方式8中主体部分另一个器身的铁心和线圈装配示意图；

图20为图1中整流及滤波装置电气原理示意图。

图中1主体部分，2整流及滤波装置，3检测设备，4控制单元，5网侧绕组，6控制绕组，7单相双柱双旁轭铁心，8单相单合成芯柱双旁轭铁心，9三相六柱双旁轭铁心，10三相三合成芯柱双旁轭铁心，11三相三柱双旁轭铁心，H₁₂、H₁₃每相两柱套设的网侧绕组，K₁₄、K₁₅每相两柱套设的控制绕组，H₁₆合成芯柱套设的单个网侧绕组

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明包含有油箱，其内设置的导磁芯柱(1柱、2柱)、为其构成磁路的左、右旁磁轭和上、下磁轭，其中导磁芯柱上从柱表面向外依次套设控制绕组、网侧绕组以及设在油箱外部的电压、电流、温度传感器，轻重瓦斯、压力传感器和供各传感器信号引出用的端子箱组成的主体部分1、整流及滤波装置2、检测设备3以及控制单元4组成，如图1所示，设在主体部分中的网侧绕组5和控制绕组6，依在前顺序从外向里依次套设在导磁芯柱上。网侧绕组5与输电线路相连，控制绕组6的一端与整流及滤波装置的输入端相连，整流及滤波装置的输出反馈给控制绕组的另一端，控制单元4分别与主体部分中的与各传感器信号相连的端子箱、整流及滤波装置中的可控硅、检测设备中的输出端相连，检测设备3中的输入端还与输电线路相连。

所述主体部分包含有网侧绕组H₁₂、H₁₃和控制绕组K₁₄、K₁₅和磁路，为多绕组变压器。其中每相磁路是由2-6个导磁芯柱和与其组为磁路的左、右旁磁轭，上、下磁轭组成，导磁芯柱上，从柱表面向外依次设有控制绕组K₁₄、K₁₅和网侧绕组H₁₂、H₁₃。网侧绕组和控制绕组可分别组为串联或并联结构。

所述整流及滤波装置中整流变压器一次线圈与外接电源相连，中间并联滤波器，整流变压器输出再与可控硅组连接。其中整流变压器和可控硅组实现整流；滤波由电容器和电感实现，并与整流变压器一次线圈并联，该滤波器可是3次谐波滤波器、5次谐波滤波器及高次谐波滤波器之一种或其组合。

所述控制单元用以通过检测电网参数变化，和从主体部分采集到的各个位置电压量、电流量、温度信号，去调节整流滤波装置中晶闸管触发角，改变控制绕组中的直流电流，也就是：外施电源提供给整流及滤波装置的交流电流，通过整流及滤波装置进行整流输出直流电流，控制单元根据检测设备从电网中检测到的电网电压、无功功率和有功功率的变化，自动控制整流及滤波装置中可控硅的触发角(触发角变化范围为0-180°)，从而改变此直流电流的大小，即改变套设在电抗器铁心中控制绕组内的直流励磁电流，控制铁心饱和程度，改变铁心中磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。

本发明由主体部分1，整流及滤波装置2，检测设备3，控制单元4组成，如图1所示，其中主体部分包括网侧绕组5和控制绕组6。

其中网侧绕组与输电线路相连，整流及滤波装置与外部电源相连，为控制绕组提供能源，即它的输出端与控制绕组相连，控制单元分别与主体部分中的各传感器相连，与整流及滤波装置相连，与检测设备即检测到的电网信息源结点相连，也就是说外施电源提供给整流及滤波装置2的交流电流，通过整流及滤波装置2进行整流输出直流电流，控制单元4根据检测设备3从电网中检测到的电网电压、无功功率和有功功率的变化，自动控制整流及滤波装置2中可控硅的触发角(触发角变化范围为0-180°)，从而改变此直流电流的大小，即改变套设在电抗器铁心中控制绕组内的直流励磁电流，控制铁心饱和程度，改变铁心中磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。

实施例1：

如图2所示出的是三个单相电抗器组成的三相系统，每相中的网侧绕组为两组线圈H₁₂、H₁₃组为并联结构，控制绕组每相均有K₁₄、K₁₅二个线圈，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组H₁₂、H₁₃一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置的输出端与控制绕组的a、b端相连，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元相连。控制单元4分别与三个单相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的每个电抗器的铁心采用单相双柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图3所示。即铁芯柱表面从里向外依次一个导磁芯柱上套设有K₁₄、H₁₂，另一个导磁芯柱上套设有K₁₅、H₁₃。

实施例2：

如图4所示为三个单相电抗器组成的三相系统，每相中网侧绕组H₁₂、H₁₃两线圈串联，每相控制绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元4相连。控制单元4分别与三个单相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的每个电抗器的铁心采用单相双柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图5所示。即铁芯柱表面从里向外依次一个导磁芯柱上套设有K₁₄、H₁₂，另一个导磁芯柱上套设有K₁₅、H₁₃。

实施例3：

如图6所示为三个单相电抗器组成的三相系统，每相的网侧绕组H₁₆采用单线圈结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元相连。控制单元分别与三个单相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的每个电抗器的铁心采用单相单合成芯柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图7所示。即铁芯柱表面从里向外两组导磁芯柱上设有控制绕组，再在两组控制绕组K₁₄、K₁₅外侧套设一组网侧绕组H₁₆。

实施例4：

如图8所示为三相共用一个铁心组成三相一体的电抗器，网侧绕组两线圈H₁₂、H₁₃采用并联结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元4相连。控制单元4与三相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的电抗器主体部分的铁心采用三相六柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图9所示。即铁芯柱表面从里向外依次设有控制绕组K₁₄、K₁₅，网侧绕组H₁₂、H₁₃，其组装方法是：每两个导磁芯柱为一相，如A相芯柱1从里向外套设K₁₄、H₁₂，芯柱2从里向外套设K₁₄、H₁₃，B相、C相与A相相同。

实施例5：

如图10所示为三相共用一个铁心组成三相一体的电抗器，网侧绕组两线圈H₁₂、H₁₃采用串联结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置的输出端与控制绕组的a、b端相连，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元相连。控制单元与三相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的电抗器主体部分的铁心采用三相六柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图11所示。即铁芯柱表面从里向外依次设有控制绕组K₁₄、K₁₅，网侧绕组H₁₂、H₁₃，其组装方法是：每两个导磁芯柱为一相，如A相芯柱1从里向外套设K₁₄、H₁₂，芯柱2从里向外套设K₁₄、H₁₃，B相、C相与A相相同。

实施例6：

如图12所示为三相共用一个铁心组成三相一体的电抗器，网侧绕组采用单线圈H₁₆结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元4相连。控制单元4与电抗器主体二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的电抗器主体部分的铁心采用三相三合成芯柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图13所示。即铁芯柱表面从里向外依次设有控制绕组K₁₄、K₁₅，网侧绕组H₁₆，其组装方法是：每相中有二个芯柱，每柱上套设有一个控制绕组K₁₄或K₁₅，二个芯柱上的共同一个网侧绕组H₁₆套在其上。

实施例7：

如图14所示为两个三相器身组成三相一体的电抗器，网侧绕组H₁₂、H₁₃采用并联结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元4相连。控制单元4与电抗器主体二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的电抗器主体部分的两个铁心均采用三相三柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图15、16所示。即铁芯柱表面从里向外依次设有控制绕组，网侧绕组，一组控制绕组K₁₄，网侧绕组H₁₂装配在一个铁芯组上，另一组控制绕组K₁₅，网侧绕组H₁₃装配在另一个铁芯上。

实施例8：

如图17所示为两个三相器身组成三相一体的电抗器，网侧绕组H₁₂、H₁₃采用串联结构，控制绕组每相绕组均有二个线圈K₁₄、K₁₅，相相间同名一组线圈首尾相连，组成串联支路，二条支路再并联，两处并联端点a、b分别与整流及滤波装置输出端相连。三相Y接后的网侧绕组一端分别与三相输电线路相连，另一端与小电抗器相连，小电抗器另一端接地。整流及滤波装置2外接交流电源，整流及滤波装置内的可控硅组与控制单元4相连。用于检测电源参数的检测设备3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端与控制单元4相连。控制单元4与电抗器主体二次信号端子箱输出端子相连，二次信号包括：电流信号、温度信号、轻重瓦斯、压力释放阀保护。其各输出信号线与端子箱输入端相连。本实施方式中的电抗器主体部分的两个铁心均采用三相三柱双旁轭式，其铁心和线圈装配关系如图18、19所示。即铁芯柱表面从里向外依次设有控制绕组，网侧绕组，一组控制绕组K₁₄，网侧绕组H₁₂装配在一个铁芯组上，另一组控制绕组K₁₅，网侧绕组H₁₃装配在另一个铁芯上。

Claims

1、一种外接电源可控电抗器，包括主体部分，主体部分由油箱，设在油箱中的导磁芯柱、左、右旁磁轭和上、下磁轭，导磁芯柱上的绕组和设在油箱外部的用于测量各类参数的各种传感器组成，其特征是外接电源可控电抗器中设有整流及滤波装置、用于检测电网参数的检测设备和控制单元，导磁芯柱上从外向内套设有网侧绕组、控制绕组，网侧绕组与输电线路相连，整流及滤波装置与外接交流电源相连，整流及滤波装置的输出端与控制绕组一端相连，组成反馈回路，控制单元分别与主体部分中同各种传感器相连的端子箱、整流及滤波装置及检测设备相连，检测设备与输电线路相连，外接交流电源提供给整流及滤波装置的交流电流，通过整流及滤波装置进行整流输出直流电流，控制单元根据检测设备从电网中检测到的电网电压、无功功率和有功功率的变化，自动控制整流及滤波装置中可控硅的触发角，从而改变此直流电流的大小，即改变套设在电抗器铁心中控制绕组内的直流励磁电流，控制铁心饱和程度，改变铁心中磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。

2、如权利要求1所述的电抗器，其特征在于铁芯磁路结构是单相双柱双旁磁轭、三相三柱双旁磁轭、三相六柱双旁磁轭、单相单合成双旁磁轭、三相三合成双旁磁轭中之一种。

3、如权利要求1或者2所述的电抗器，其特征在于导磁芯柱外表面上套设的控制绕组，它由三个单相控制绕组组为控制绕组，每相控制绕组均有二个线圈，相相间同名组线圈首尾相连，组为串联支路，二条支路并联，其两处并联结点分别与整流及滤波装置输出端相连。

4、如权利要求1或者2所述的电抗器，其特征在于导磁芯柱上套设的控制绕组的外表面上套设有网侧绕组，每相有一组线圈，其一端与输电线相连，另一端与其它相线圈并联后与小电抗器一端相连，小电抗器另一端接地。

5、如权利要求1所述的电抗器，其特征在于油箱外部设有用于检测电流、电压、温度的传感器，其信号输出端接至二次信号端子箱的输入端，该二次信号端子箱的输出端子与控制单元相连。

6、如权利要求1所述的电抗器，其特征在于油箱外设有采集温度、轻重瓦斯、压力释放阀保护的传感器，其信号输出端接至二次信号端子箱的输入端，该二次信号端子箱的输出端子与控制单元相连。

7、如权利要求1或者2所述的电抗器，其特征在于电抗器中的检测设备，其一端与输电线路相连，将其检测电网中的电压、电流、无功功率和有功功率参数信号传递到控制单元。

8、如权利要求1所述的电抗器，其特征在于整流及滤波装置，由整流变压器、可控硅组、滤波器组成，其中整流变压器一次线圈与外部电源相连，一次线圈并联接入由电容、电感组成的滤波单元，二次线圈与可控硅组相连，整流及滤波装置输出端与控制绕组相连。

9、如权利要求1或者2所述的电抗器，其特征在于导磁芯柱上套设的控制绕组的外表面上套设有网侧绕组，每相为二组以上线圈时，可组为并联或串联，其一端与输电线相连，另一端与其它相并、串联后的线圈并联后与小电抗器一端相连，小电抗器另一端接地。