CN102314996B

CN102314996B - 一种并联型饱和电抗器主体

Info

Publication number: CN102314996B
Application number: CN 201110126756
Authority: CN
Inventors: 李晓明
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: CN102314996A

Abstract

本发明公开了电力系统送变电技术领域的一种并联型饱和电抗器主体。它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯有三根铁芯柱，三根铁芯柱两端分别有铁轭，构成日字型结构；两侧铁芯柱以中间铁芯柱为中心轴对称设置，两侧铁芯柱的截面积相等，中间铁芯柱的截面积等于两侧铁芯柱截面积之和；其中一个铁轭有两个磁阀，两个磁阀以中间铁芯柱中轴线两侧对称；其中一侧的铁芯柱上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯柱上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同。

Description

一种并联型饱和电抗器主体

技术领域

本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种并联型饱和电抗器主体。

背景技术

随着电力系统的不断发展，对电力系统安全运行要求越来越高，电能质量的要求也越来越高。串联电抗器可限制短路电流；并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成滤波电路；电抗器在电力系统的应用是非常广泛的。在一部分应用领域，电抗器的电抗值可以是固定的；在许多应用领域，需要电抗值能随着电力系统运行方式的改变而改变。近年来电抗值可以连续调节的可控电抗器的研究与应用成为热门课题。可控饱和电抗器是可控电抗器的一种重要方式。

可控饱和电抗器是利用饱和电抗器铁芯的饱和特性来改变电抗器的电抗值。已经有许多可控饱和电抗器被提出来，发明专利号为：2006100476121的“自馈式可控电抗器”，发明专利号为：200810011902X的“一种自身取能的快速响应可控电抗器”，发明专利号为：2011100048327的“一种自励式可控饱和电抗器及其控制方法”，提出了三种可控饱和电抗器。中国水利水电出版社2008年出版蔡宣三，高越农著《可控饱和电抗器原理、设计与应用》一书也对可控饱和电抗器作了总结。提出的各种可控饱和电抗器各具特色，但是，这些可控饱和电抗器输出波形较差，铁芯体积大，重量大。

一种磁饱和电抗器（专利号2010105840411）；一种饱和电抗器（专利号2011100409541）；一种低噪音饱和电抗器（专利号2011100409556）；一种可控饱和电抗器（专利号2011101030585）；所表述的饱和电抗器是满足电流限制器要求而发明的饱和电抗器，主要作为串联型饱和电抗器应用，即饱和电抗器串联于输电回路应用。一种饱和电抗器主体（专利号2011100207304）；一种自励式可控饱和电抗器及其控制方法（专利号2011100048327）所表述的饱和电抗器为并联型饱和电抗器。一种饱和电抗器主体表述的饱和电抗器需要短路线圈，短路线圈造成饱和电抗器复杂。“一种饱和电抗器主体”与“一种自励式可控饱和电抗器及其控制方法”所述并联型饱和电抗器的交流电压、电流输出波形不够好，波形畸变还较大。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种交流电压、电流输出波形较好，综合性能较优的并联型饱和电抗器主体。

为实现上述目的，本发明采用如下结构：

一种并联型饱和电抗器主体，它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯有三根铁芯柱，三根铁芯柱两端分别设有铁轭，构成日字型结构；两侧铁芯柱以中间铁芯柱为中心轴对称设置且两侧铁芯柱的截面积相等，中间铁芯柱的截面积等于两侧铁芯柱截面积之和；其中一个铁轭有两个磁阀，两个磁阀以中间铁芯柱为中心轴对称分布；一侧的铁芯柱上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯柱上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同；所述电抗线圈L1的同名端与电抗线圈L3的同名端连接作为一个交流端子；电抗线圈L1的异名端与电抗线圈L3的异名端连接作为另一个交流端子；直流线圈L2的同名端为直流回路的其中一个直流端子，直流线圈L2的异名端与直流线圈L4的异名端连接，直流线圈L4的同名端为直流回路的另一个直流端子。

所述直流线圈L2、直流线圈L4流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯柱中形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯柱；电抗线圈L1、电抗线圈L3流过交流电流时，交流磁通在两侧铁芯柱与中间铁芯柱之间形成磁通环路，中间铁芯柱是交流磁路的一段。

所述各磁阀使磁阀处提供磁通的铁芯有效截面积小于提供磁通的其他路经的铁芯有效截面积，且磁阀处铁芯有效截面积的变化由大逐渐变小。所述截面积为与磁通方向垂直的铁芯上的截面积

本发明的有益效果是：磁阀不设计在电抗线圈与直流线圈所处的铁芯柱上，减小电抗线圈与直流线圈之间的漏磁，可减小两电抗线圈交流电压不平衡造成的直流电路过电压。磁阀使铁芯截面积由大逐渐变小后又逐渐增大，磁阀的饱和是逐渐变化的过程，比较平滑；交流电压、电流输出波形较好，产生的谐波较小。

附图说明

图1表示并联型饱和电抗器主体结构正视图；

图2表示并联型饱和电抗器主体结构俯视图；

其中，1.交流端子I，2.交流端子II，3.直流端子I，4.直流端子II，5.饱和电抗器铁芯，6.磁阀I，7.磁阀II。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

并联型饱和电抗器主体结构及连接方式如图1、图2所示。装置交流端子I1与交流端子II2并行接交流电力系统；装置直流端子I3与直流端子II4串连接入直流控制回路，直流控制回路可采用专利号：2011100012024“一种可控饱和电抗器及其控制方法”所表示的电路。

一种并联型饱和电抗器主体，它包括：一个饱和电抗器铁芯5；饱和电抗器铁芯5有三根铁芯柱，三根铁芯柱两端分别有铁轭，构成日字型结构；两侧铁芯柱以中间铁芯柱为中心轴对称设置，两侧铁芯柱的截面积相等，中间铁芯柱的截面积等于两侧铁芯柱截面积之和；其中一侧的铁芯柱上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯柱上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同。电抗线圈L1的同名端与电抗线圈L3的同名端连接作为一个交流端子I1，电抗线圈L1的异名端与电抗线圈L3的异名端连接作为另一个交流端子II2；电抗线圈L1流入的交流电流在饱和电抗器铁芯5中产生的磁通Φ1方向向上，电抗线圈L2流入的交流电流在饱和电抗器铁芯5中产生的磁通Φ2方向也向上，分别经日字型结构中间铁芯柱形成闭环。电抗线圈L1、电抗线圈L3流过交流电流时，交流磁通在两电抗线圈各自所在侧铁芯柱以及中间铁芯柱之间形成磁通环路，中间铁芯柱是交流磁路的一段。直流线圈L2的同名端为一个直流端子I3，直流线圈L2的异名端与直流线圈L4的异名端连接，直流线圈L4的同名端为另一个直流端子II4；直流线圈流过直流电流时，直流线圈L3流入的直流电流在饱和电抗器铁芯5中产生的磁通Φ3方向向上，直流线圈L4流入的直流电流在饱和电抗器铁芯5中产生的磁通Φ4方向向下，直流磁通在两侧铁芯柱形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯柱。

饱和电抗器铁芯5一端铁轭（铁轭有两个，其中一个将两侧铁芯柱和中间铁芯柱的一端连接起来；另一个铁轭则将两侧铁芯柱和中间铁芯柱的另一端连接起来）有两个磁阀I6、磁阀II7，两个磁阀以中间铁芯柱为中心轴对称分布；所述磁阀使磁阀处提供磁通的铁芯有效截面积小于提供磁通的其他路径的铁芯有效截面积，且磁阀处铁芯有效截面积的变化由大逐渐变小。比较实用的磁阀为位于铁轭中线的菱形洞孔，菱形洞孔使铁轭在磁阀位置的路段提供磁通的铁芯有效截面积由大逐渐变小后又逐渐增大。铁轭流通的磁通量较小时铁轭不会饱和，饱和电抗器铁芯5其他部分也不会饱和；铁轭流通的磁通量逐渐增大，由于两磁阀的存在，各磁阀所在路段铁芯有效截面积最小处首先开始饱和；铁轭流通的磁通量继续增大，各磁阀路段的铁芯有效截面积最小处周边铁芯逐渐饱和；随着铁轭流通的磁通量增大，各磁阀路段的铁芯有效截面积最小处周边铁芯饱和区域也逐渐增大；铁芯的饱和区域始终在各磁阀处；由于磁通其他路径铁芯截面积大于各磁阀位置铁芯导通截面积，所以磁通其他路径的铁芯不会饱和。不论是交流磁通还是直流磁通使铁芯饱和，铁芯只在各磁阀处饱和，其他部位的铁芯始终不会饱和。两磁阀均为菱形洞孔，使铁轭在磁阀路段的铁芯有效磁通截面积由大逐渐变小后又逐渐增大，铁芯饱和的区段是逐渐加大，变化较平滑，不会突然跃变，所以，电压、电流的输出波形较好，产生的谐波较小。

由于日字型结构两侧铁芯柱上的一侧铁芯柱上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯柱上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；如果磁阀设计在日字型结构两侧铁芯上，磁阀路段铁芯为饱和区域，铁芯饱和区域将削弱电抗线圈与直流线圈之间的耦合，加大电抗线圈与直流线圈之间的漏磁，降低饱和电抗器的性能。因此，在交流磁通与直流磁通的共同路径上，又在电抗线圈与直流线圈共同的位置上的铁轭为磁阀最佳设计位置；也就是磁阀I6与磁阀II7分别设计在铁轭上。

磁阀菱形洞孔大，饱和电抗器交流电抗最大值大；磁阀菱形洞孔小，饱和电抗器交流电抗最大值小。饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L3直流电流为零时，根据给定的饱和电抗器交流电抗最大值，设计磁阀菱形洞孔的大小。

电抗线圈L1在饱和电抗器铁芯5中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L2中产生感生电动势；电抗线圈L3在饱和电抗器铁芯5中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L4中产生感生电动势；由于电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同，又由于电抗线圈L1与电抗线圈L3并联，电抗线圈L1与电抗线圈L3的交流电压相等；所以直流线圈L2的工频感生电动势与直流线圈L4的工频感生电动势相减为零，电抗线圈的交流电流对直流回路不产生影响。

直流线圈L2与L4中流过直流电流时，日字型结构两侧铁芯形成直流磁通闭环。当直流线圈L2与L3中流过直流电流较小时，各磁阀所在铁芯饱和的区段较小，饱和电抗器的电抗值较大；当直流线圈L2与L3中流过直流电流增大时，各磁阀所在铁芯饱和的区段逐渐增大，饱和电抗器的电抗值逐渐减小。调节直流线圈L2与直流线圈L4中流过直流电流的大小，两电抗线圈的电抗值随直流电流的大小而连续变化。

实现磁阀处提供磁通的铁芯有效截面积小于磁通其他路经的铁芯有效截面积，且磁阀处铁芯有效截面积的变化由大逐渐变小的磁阀可以用多种方式实现。可以通过铁轭外部开三角形槽的方式实现，在外部使铁轭逐渐变细。两个磁阀也可采用传统设计，只是不如铁芯有效截面积逐渐变化的磁阀效果好。所述截面积为与磁通方向垂直的铁芯上的截面积。

两个磁阀可以分别设计在日字型结构的两侧铁芯柱上，只是效果不如设计在铁轭上好。

所述并联型饱和电抗器主体可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims

1. 一种并联型饱和电抗器主体，其特征是，它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯有三根铁芯柱，三根铁芯柱两端分别设有铁轭，构成日字型结构；两侧铁芯柱以中间铁芯柱为中心轴对称设置且两侧铁芯柱的截面积相等，中间铁芯柱的截面积等于两侧铁芯柱截面积之和；其中一个铁轭有两个磁阀，磁阀为位于铁轭中线的菱形洞孔；两个磁阀以中间铁芯柱为中心轴对称分布；一侧的铁芯柱上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯柱上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同；所述电抗线圈L1的同名端与电抗线圈L3的同名端连接作为一个交流端子；电抗线圈L1的异名端与电抗线圈L3的异名端连接作为另一个交流端子；直流线圈L2的同名端为直流回路的其中一个直流端子，直流线圈L2的异名端与直流线圈L4的异名端连接，直流线圈L4的同名端为直流回路的另一个直流端子。

2.如权利要求1所述的一种并联型饱和电抗器主体，其特征是，所述直流线圈L2、直流线圈L4流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯柱中形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯柱；电抗线圈L1 、电抗线圈L3流过交流电流时，交流磁通在两侧铁芯柱与中间铁芯柱之间形成磁通环路，中间铁芯柱是交流磁路的一段。

3. 如权利要求1所述的一种并联型饱和电抗器主体，其特征是，所述各磁阀使磁阀处提供磁通的铁芯有效截面积小于提供磁通的其他路径的铁芯有效截面积，且磁阀处铁芯有效截面积的变化由大逐渐变小，所述铁芯有效截面积为与磁通方向垂直的铁芯有效截面积。