CN101609742B - 一种自身取能的快速响应可控电抗器 - Google Patents

一种自身取能的快速响应可控电抗器 Download PDF

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Abstract

本发明型涉及一种自身取能的快速响应可控电抗器，其主体部分线圈具有网侧绕组和控制绕组，所述主体部分线圈还包括第三绕组，其与控制绕组及网侧绕组由内向外依次套设在主体部分的导磁芯柱上，网侧绕组带有取能抽头，第三绕组两端并联快速开关，该快速开关的开/闭状态由可控电抗器中控制单元的指令信号控制；所述网侧绕组的取能抽头与可控电抗器的整流及滤波单元中整流变压器的一次线圈相连，整流及滤波单元的输出端接至控制绕组。本发明采用附加第三绕组的结构形式，在发生短路故障时，通过快速开关与控制单元对其实施控制，满足可控电抗器在故障状态下快速响应的要求，自身取能效果好，适用范围广。

Description

一种自身取能的快速响应可控电抗器
技术领域
本发明涉及一种可控电抗器，具体地说是一种通过网侧绕组自身取能实现电抗值和容量控制的自身取能的快速响应可控电抗器。
背景技术
在当前运行的电网中，当可控电抗器运行在线路上，系统发生故障时(如单相接地)，需要可控电抗器迅速将容量增大到额定容量状态，且响应速度要求控制在100ms以内，容量不能超过可控电抗器的额定容量，以满足对过电压和潜供电流的抑制作用的要求，而现有技术不能满足这一快速响应的系统要求。目前，直流励磁系统的取能有三种方式：通过外接电源取能、通过补偿绕组取能以及通过控制绕组自身取能。如果可控电抗器在应用当地无可靠外接电源的情况，就需要以从自身采取抽取能量的形式实现，而自馈式可控电抗器通过控制绕组取能的方式存在产生谐波含量较大，并伴随整流单元一次侧电压随电抗器饱和程度的增加出现跌落的缺陷，通过补偿绕组取能可以克服谐波含量较大的缺陷，但由此会产生整流单元一次侧电压跌落的问题。
发明内容
针对现有技术中可控电抗器的响应速度及控制绕组取能方式上存在的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种自身取能的快速响应可控电抗器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明快速响应可控电抗器的主体部分线圈具有网侧绕组和控制绕组，所述主体部分线圈还包括第三绕组，其与控制绕组及网侧绕组由内向外依次套设在主体部分的导磁芯柱上，网侧绕组带有取能抽头，第三绕组两端并联快速开关，该快速开关的开/闭状态由可控电抗器中控制单元的指令信号控制。
所述网侧绕组的取能抽头与可控电抗器的整流及滤波单元中整流变压器的一次线圈相连，整流及滤波单元的输出端接至控制绕组；所述导磁芯柱为单相双柱结构、单相单合成芯柱结构、单相三合成芯柱结构、三相三柱结构或三相六柱结构。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.控制灵活，响应时间快。本发明采用附加第三绕组的结构形式，在发生短路故障时，通过快速开关与控制单元对其实施控制，满足可控电抗器在故障状态下快速响应的要求，响应时间100ms以内。
2. 自身取能效果好。本发明可控电抗器在无外接电源取能的情况下，考虑到网侧绕组的电压稳定性，通过网侧绕组自身获得励磁能量用于直流励磁系统(包括整流及滤波单元、控制绕组)的电压源，通过调节直流励磁电流的大小，达到调节电抗的无级可控要求，容量由0-100％平滑调节；不仅可以平滑的调节系统的无功功率，实现真正的柔性输电，还可以抑制工频和操作过电压，降低线路损耗，大大提高系统的稳定性和安全性。
3. 适用范围广。本发明可应用于110kV以上直至特高压电力系统中，是至关重要的无功补偿装置。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图；
图2为本发明一个实施例的电路原理图；
图3为本发明实施例中主体部分铁心和线圈装配示意图；
图4为本发明整流及滤波装置电气原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明自身取能的快速响应可控电抗器的主体部分1浸渍于油箱内，主体部分1的线圈具有网侧绕组5和控制绕组6，主体部分线圈还包括第三绕组7，其与控制绕组6及网侧绕组5由内向外依次套设在主体部分1的导磁芯柱上，第三绕组7通过开关K与可控电抗器的控制单元及检测单元相连。网侧绕组5具有取能抽头，控制绕组6通过取能抽头与网侧绕组5相连；可控电抗器的整流及滤波单元2接至网侧绕组5的取能抽头。可控电抗器的主体部分1。
如图2～3所示，本实施例中浸渍于油箱内的导磁芯柱为单相双柱结构，即由1柱及2柱构成磁路的左、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第三绕组7、控制绕组6、网侧绕组5构成主体部分1；网侧绕组5的一次侧与输电线路相连，网侧绕组5的取能抽头通过整流及滤波单元2接至控制绕组6，第三绕组7接有快速开关K，控制单元4分别与主体部分1中与各传感器信号相连的端子箱、整流及滤波单元的可控硅、快速开关、检测单元的输出端相连，检测单元3的输入端还与输电线路相连；检测单元3由设于油箱外部的电压传感器、电流传感器、温度传感器，轻重瓦斯传感器、压力传感器和供各传感器信号引出用的端子箱组成。
如图2所示，本实施例以由三个单相电抗器组成的三相电抗器为例。每相中的网侧绕组5为两组线圈H12、H13组为并联结构，控制绕组6每相均有K14、K15二个线圈，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分别与整流及滤波单元2的输出端相连。三相Y接后的网侧绕组5的线圈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。该中性点小电抗主要用于电力传输系统的线路中，主要作用是抑制故障状态下系统的过电压以及限制系统接地短路时的潜供电流，当磁控式可控电抗器应用在母线上时，系统不需要配置该小电抗。整流及滤波单元2外接网侧绕组5的取能抽头，整流及滤波单元2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单元3与输电线路相连，其汇集电源参数的输出端接至控制单元4。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，所述二次信号包括：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。本实施例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在一个导磁芯柱上(即1柱)套设有线圈D16、K14、H12，另一个导磁芯柱上(即2柱)套设有线圈D17、K15、H13。网侧绕组和控制绕组可分别组为串联或并联结构，第三绕组单相组为串联结构。
如图4所示，所述整流及滤波单元2中的整流变压器一次线圈与网侧绕组取能抽头相连，整流变压器一次侧与取能抽头之间并联滤波器，整流变压器的二次线圈与可控硅组连接；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；所述滤波器可为3次谐波滤波器、5次谐波滤波器及高次谐波滤波器中的一种或其组合。
所述检测单元3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4由数据采集柜、当地工作站、控制保护柜、操作柜及暂态故障录波柜组成，用以通过检测电网参数变化和从主体部分1采集到的各个位置电压信号、电流信号以及温度信号去调节整流及滤波单元2中晶闸管的触发角，改变控制绕组6中的直流电流，也就是将通过网侧绕组取能抽头得到的交流电源提供给整流及滤波单元2，通过整流及滤波单元2进行整流输出直流电流，控制单元4根据检测单元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单元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6内的直流励磁电流，控制铁心磁饱和程度，改变铁心中磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。
本发明可控电抗器的第三绕组7用于在系统故障状态下，通过快速开关K迅速合闸，实现将第三绕组短路，同时将直流励磁系统(包括整流及滤波单元2、控制绕组6)全部断开，即控制绕组7此时不参与工作而改为第三绕组参与系统工作；而在正常工作时，第三绕组不参与工作，控制绕组参与工作，快速开关K满足本发明可控电抗器在故障状态下快速响应的要求，响应时间在50ms以内。
本发明可控电抗器在正常工作状态下，即稳态调节过程中，快速开关K处于开位置，第三绕组7不参与系统工作，直流励磁系统组正常工作；当系统的检测单元3检测到系统故障信号，控制单元4立即发出系统指令执行快速开关K闭合，实现第三绕组7的交流短路状态；此时网侧绕组5与第三绕组7之间具有一定的短路阻抗，该工作方式以高阻抗形式将可控电抗器达到一定的电感数值；当检测单元3检测到的故障信号包括单相接地短路、三相电压或电流不平衡时，直流励磁系统立即退出，直流励磁系统退出是指控制单元发出控制信号将晶闸管的导通角迅速关闭，实现晶闸管不导通状态，此时直流励磁电流为零，控制绕组不参与工作；
快速开关，可以选用高压化硫断路器，型号：LW24-40.5；满足本发明可控电抗器在故障状态下快速响应的要求，响应时间50ms以内。

Claims (3)

1.一种自身取能的快速响应可控电抗器，其主体部分线圈具有网侧绕组和控制绕组，其特征在于：所述主体部分(1)线圈还包括第三绕组(7)，其与控制绕组(6)及网侧绕组(5)由内向外依次套设在主体部分(1)的导磁芯柱上，网侧绕组带有取能抽头，第三绕组(7)两端并联快速开关(K)，第三绕组(7)通过该快速开关(K)与可控电抗器的控制单元(4)及检测单元(3)相连；该快速开关(K)的开/闭状态由可控电抗器中控制单元(4)的指令信号控制。
2.按权利要求1所述的自身取能的快速响应可控电抗器，其特征在于：所述网侧绕组(5)的取能抽头与可控电抗器的整流及滤波单元(2)中整流变压器的一次线圈相连，整流及滤波单元(2)的输出端接至控制绕组(6)。
3.按权利要求1所述的自身取能的快速响应可控电抗器，其特征在于：所述导磁芯柱为单相双柱结构、单相单合成芯柱结构、单相三合成芯柱结构、三相三柱结构或三相六柱结构。
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