CN102263413B - 多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统无功补偿领域，提供了一种多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，其本体采用变压器结构，根据需求可设计为高短路阻抗形式或普通变压器外接电抗器形式；高压侧每柱绕组并联后经套管引出接入高压电网，低压侧每柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。根据实际无功补偿的需求，每柱绕组的容量可设计为相同或不同；低压侧每柱绕组分别配置旁路断路器、晶闸管阀、辅助电抗器，通过控制晶闸管阀的导通情况实现无功的输出。晶闸管阀的控制方式可采用电流过零投切或相位控制两种方式，满足系统无功补偿的不同要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统无功补偿领域，尤其涉及一种多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置。
背景技术
我国能源与负荷中心分布极不平衡，使得采用大容量、长距离输电线路输电能成为客观需要。为了提高输送能力，降低输电损耗，宜采用超高压/特高压线路输电。然而，超高压/特高压交流输电线路巨大的容性充电功率、剧烈的潮流变化以及有限的绝缘裕度给系统的无功调节、过电压抑制提出了较高的要求，限制过电压和无功调节之间的矛盾非常突出，采用常规无功补偿装置难以解决。可控并联电抗器通过灵活调节无功输出可解决限制过电压和无功调节之间的矛盾，并可提高线路的输送能力和系统稳定性，有效降低输电损耗，是超高压/特高压输电系统安全稳定运行的关键技术支撑手段之一。
新建的特高压输电系统具有电压等级高、容量调节频繁、充电无功大等特点，目前还没有可控并联电抗器装置投入使用。国内外也没有本发明提出的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置投入超高压/特高压电网应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，以满足我国新建的特高压输电系统容量调节频繁、充电无功大的需求，可有效解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾，配合中性点电抗器限制潜供电流。
本发明提供的一种多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，其技术方案为本体采用变压器结构，根据需求可设计为高短路阻抗形式或普通变压器外接电抗器形式；高压侧每柱绕组并联后经套管引出接入超高压或特高压电网，低压侧每柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。根据实际无功补偿的需求，每柱绕组的容量可设计为相同或不同；低压侧每柱绕组分别配置旁路断路器、晶闸管阀、辅助电抗器，通过控制晶闸管阀的导通情况实现无功的输出。晶闸管阀的控制方式可采用电流过零投切或相位控制两种方式，满足系统无功补偿的不同要求。
当晶闸管阀采用电流过零投切的方式时，容量的调节为分级变化过程，完全依靠晶闸管阀电流过零投切的方式实现；在系统发生暂态故障时，控制相应的晶闸管阀开通或闭合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，有效抑制工频过电压和操作过电压的影响。
当晶闸管阀采用相位控制的方式时，稳态工作过程中通过控制晶闸管阀的导通角实现输出无功的连续、平滑调节；在系统发生暂态故障时，快速控制晶闸管阀的导通角或闭合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，有效抑制工频过电压和操作过电压。
技术的新颖性
新建的特高压输电系统具有电压等级高、充电无功大、容量调节频繁等特点，目前还没有可控并联电抗器装置投入使用。本发明提供的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置特别适合频繁调节的场合，对于特高压输电系统有较好的适用性。此外，目前在超高压输电系统中也没有本发明提供的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置投入应用。
技术的创造性
①所提出的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置本体主铁心采用多柱结构。高压侧每柱绕组并联后接入超高压或特高压电网，低压侧每柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。每柱绕组的容量可根据无功补偿的需求设计为相同或不同。目前国内、外应用和正在研制的可控并联电抗器没有采用此种结构形式。
②与目前国内、外已投运的唯一1台分级式可控并联电抗器——忻州500kV分级式可控并联电抗器装置相比：所提出的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置的晶闸管阀根据系统无功补偿的不同要求可选择采用过零投切或相位控制两种方式；容量调节过程完全依靠控制晶闸管阀导通情况实现，响应速度可达10ms，避免了忻州装置的容量分级调节过程中出现的瞬间容量跌落现象，解决了采用断路器不能实现容量频繁调节的问题。
技术的实用性
①所提出的多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，本体主铁心采用多柱结构，高压侧每柱绕组并联后接入超高压或特高压电网，低压侧每柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。这种本体结构形式可充分利用目前特高压变压器成熟的结构形式，制造方便，技术成熟，克服了特高压可控并联电抗器单柱容量受限的瓶颈问题；
②本体主铁心采用多柱结构，各绕组在高压侧串联，每柱容量较小，在高电压、大容量运行时，可以节约低压侧晶闸管阀、断路器、外接电抗器的制造成本；
③晶闸管阀承担长期工作电流，根据系统无功补偿的不同要求可选择采用过零投切或相位控制两种方式，稳态调节过程中容量调节完全依靠控制晶闸管阀导通情况完成，响应速度快，对系统无冲击，适合于频繁调节，特别适用于运行方式频繁调节的超高压/特高压输电系统，有较好的工程实用前景。
本发明技术方案的优点是：
①多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器特别适合于频繁调节的超/特高压输电系统，可有效解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾，并配合中性点电抗器限制潜供电流；
②本体主铁心采用多柱结构，高压侧每柱绕组并联后接入高压电网，低压侧每柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。每柱绕组的容量可根据无功补偿的需求设计为相同或不同。这种本体结构形式可充分利用目前特高压变压器常用的结构形式，制造方便，技术成熟，解决了特高压可控并联电抗器单柱容量受限的瓶颈问题；
③稳态调节过程可选择采用晶闸管阀电流过零投切或相位控制的方式改变输出的无功补偿容量，调节方式简单，响应迅速，对系统无冲击；
④整个稳态调节过程没有断路器参与，完全依靠晶闸管阀完成，频繁调节不影响断路器的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是多柱本体晶闸管阀控型可控并联电抗器装置的一种典型原理接线图(单相)；
图2是图1的特例，示出了双柱本体晶闸管阀控型可控并联电抗器装置的一种典型原理接线图(三相)。
具体实施方式
多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器可用作线路可控并联电抗器和母线可控并联电抗器两种工作方式。用作线路可控并联电抗器时，可吸收输电线路的容性充电功率，限制工频过电压和操作过电压，抑制潜供电流，提高线路输送能力和系统稳定性；用作母线可控并联电抗器时，通过调节输出无功，确保母线电压的稳定。
为阐述清楚，以附图2所示的双柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器的一种典型原理接线图为例说明本发明装置的工作原理。其中，X1a、X1b、X1c为三相辅助电抗器；TK1a、TK2a、TK1b、TK2b、TK1c、TK2c为三相晶闸管阀组；BK1a、BK2a、BK1b、BK2b、BK1c、BK2c为三相旁路断路器。可控并联电抗器的本体部分采用变压器结构，具体的实现形式可根据需求采用高短路阻抗形式或普通变压器外接电抗器形式。高压侧两柱绕组并联后经套管引出接至超高压或特高压电网，低压侧两柱绕组分别经套管引出，各自独立进行控制。每柱绕组的容量可根据无功补偿的不同需求设计为相同或不同，附图2中两柱绕组的容量设计为相同。目前特高压变压器绕组普遍采用双柱式结构，本体主铁心应用双柱式结构，可充分利用特高压变压器的成熟结构，制造方便。
对于装置无功容量的调节依照系统无功补偿的需求可选择采用晶闸管阀过零投切或相位控制的方式实现。下面针对晶闸管阀采用电流过零投切和相位控制两种不同方式分别阐述相应的工作过程。
(1)晶闸管阀采用电流过零投切方式
晶闸管阀采用电流过零投切的方式，选用水冷型冷却方式。根据分级数来确定晶闸管阀数量，以附图2所示的4级为例：装置分25％、50％、75％、100％四个等级。以附图2的A相为例说明其工作过程：晶闸管阀TK1a与X1a、断路器BK1a并联后，连接在a1，x1之间。晶闸管阀TK2a与断路器BK2a并联后，连接在a2，x2之间。当TK1a与TK2a均闭合时，装置为100％输出容量；当TK2a闭合而TK1a断开时，装置为75％容量输出；当TK1a闭合而TK2a断开时，装置工作在50％容量级；当TK1a和TK2a均断开时，装置运行于25％容量级。装置容量与晶闸管阀对应关系如表1所示：
表1装置容量与晶闸管阀对应关系控制表
其中，×——表示断开，○——表示导通
在可控并联电抗器容量的切换过程中，通过晶闸管阀电流的过零投切实现。由于装置基本为纯感性元件，流过晶闸管阀的电流过零点与晶闸管阀两端电压峰值点基本重合，因此可通过检测晶闸管阀两端电压的峰值点来确定电流的过零点；当系统发生故障时，控制晶闸管阀TK1a和TK2a过零投入，使可控并联电抗器迅速达100％输出容量。当可控并联电抗器本体高压侧发生近区故障时，阀基电子单元(VBE)无法有效取能，对应的阀组不能触发开通，此时可通过关合旁路断路器BK1a、BK2a的方式，将输出容量调至100％级。
(2)晶闸管阀采用相位控制方式
晶闸管阀采用相位控制的方式，选用水冷型冷却方式。以附图2中的A相为例来说明其工作原理：稳态运行时，晶闸管阀承载长期工作电流，容量调节时根据系统电压变化或无功变化分别控制晶闸管阀TK1a和TK2a的导通角，实现可控并联电抗器等效电抗值的连续变化，进而实现输出无功功率的平滑调节。容量调节范围为额定容量的0～100％；当系统发生故障时，控制对应的晶闸管阀的触发角，使可控并联电抗器迅速达100％输出容量。当可控并联电抗器本体高压侧发生近区故障时，阀基电子单元(VBE)无法有效取能，阀组TK1a和TK2a不能触发开通，此时可通过关合旁路断路器BK1a、BK2a的方式，将输出容量快速调至100％级。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (1)
1.一种多柱本体独立控制晶闸管阀控型可控并联电抗器，其特征在于：电抗器本体采用变压器结构构成，所述可控并联电抗器本体具体的实现形式根据需要采用高短路阻抗形式构成，即通过加大变压器的漏抗，将变压器和电抗器合于一体，或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成；
所述可控并联电抗器本体的主铁心柱采用多柱结构，每柱上的高压绕组并联后由套管引出接在超高压或特高压电网上，每柱上的低压绕组由套管分别引出，各自独立控制，并且根据实际无功补偿的需求，本体主铁心柱的每柱容量设计为相同或不同；
其无功调节采用晶闸管阀电流过零投切或相位控制的方式；
所述可控并联电抗器采用晶闸管阀电流过零投切方式时，容量分级调节过程完全依靠晶闸管阀电流过零投切的方式完成；在系统发生暂态故障时，控制相应的晶闸管阀或关合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，有效抑制工频过电压和操作过电压；
所述可控并联电抗器采用晶闸管阀相位控制的方式时，稳态工作过程晶闸管阀承担长期工作电流，通过控制晶闸管阀的导通角，实现输出无功功率的平滑调节；在系统发生暂态故障时，控制晶闸管阀的导通角或关合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，有效抑制工频过电压和操作过电压。
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