CN102624004A - 磁阀式可控电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁阀式可控电抗器，它包括外绝缘筒，所述外绝缘筒上端设有上端盖部分，下端与下端盖部分连接，上端盖部分包括电抗器高压端子和上端盖，下端盖部分包括电抗器低压端子，脉冲控制线端子和下端盖，在下端盖内表面上固定有电抗器主体，所述电抗器主绕组分别与电抗器高压端子、电抗器低压端子连接，所述电抗器铁芯上端设有绝缘支架，绝缘支架上设有晶闸管组件和脉冲变压器，所述晶闸管组件与脉冲变压器连接，脉冲变压器与脉冲控制线端子连接，本发明的有益效果是，磁阀式可控电抗器制造工艺简单，成本低，损耗小，谐波小，电压适用范围宽，对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压均有较大的应用潜力。

Description

磁阀式可控电抗器

技术领域

本发明涉及一种电抗器，尤其涉及一种磁阀式可控电抗器。

背景技术

静止无功补偿器(Static Var Compensator-SVC)是国外70年代发展起来一类快速无功调节装置，已成功地应用于电气化铁路、冶金、电力、采矿和高能加速器等负荷的补偿上。这类装置在调节的快速性、功能的多样性、工作的可靠性、投资和运行费用的经济性等方面比同步调相机具有明显的优势，能够获得较好的技术经济效益，因而在国内外取得了较快的发展。

主流的SVC主要有三类：晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor，简称TSC)，晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor，简称TCR)，磁控电抗器(Magnetic valveControllable Reactor，简称MCR)。

TSC控制简单，成本较低，并且无谐波电流，适合在电网的低压负载端进行分散无功补偿。但只能分组投切电容器，不能连续调节无功功率。

TCR可以平滑调节容量且响应速度较快，在中压电力线路(6～35KV)的无功补偿上得到了大量应用。但是TCR是通过控制晶闸管触发相位角来直接控制电抗器输出电流，输出电流畸变非常严重，波形呈锯齿形，是一个很大的谐波源，必须和滤波电容器组(FilterCapacitor，简称FC)同时运行。TCR的大量使用，会造成电能质量的大幅度下降，并且给电网的安全运行带来新的威胁。此外，TCR系统中晶闸管和电抗器处于同一电压之下，限制了它在110kV及以上电压等级电网上的应用。

MCR是借助控制回路直流控制电流的激磁改变铁芯的磁饱和度(即工作点)，从而达到平滑调节无功输出的目的。MCR的结构形式有很多种，特性差别也较大。近年的研究表明，最有应用前景MCR类型为磁阀式和裂芯式两种。与TCR相比，MCR的控制晶闸管所承受的电压只有额定电压的2％左右，其电流也只要求额定的控制电流，主回路的电压电流将由电抗器部分承受。这可以使MCR应用于任何电压等级，避免了由晶闸管的电压与容量而带来的各种问题。而且MCR输出电流的谐波性能比TCR好，有利于电网的安全高效运行。MCR的制造简单，另外磁阀的设计使得MCR的效率得到了大幅度的提高，噪声大幅度降低。从经济性上考虑，MCR结构简单，价格便宜，占地面积小。基于上述的种种优点，在很多领域都有使用MCR替代TCR的趋势。

国内外研究动态及存在问题。

MCR在国外已有20多年的运行经验，有50多套35～500kV电压等级的MCR在俄罗斯、独联体国家和巴西的工程中应用。2005年俄罗斯已研制出500kV、180Mvar三相磁控电抗器。由于认识到MCR在高压大功率领域的优势，欧洲许多国家也开始对MCR进行深入的研究。

在国内，20世纪90年代初开展了这方面的研究，已成功地研究出了应用于配电网的磁阀式补偿装置和消弧线圈，并在多个电气化铁道牵引站中投运。高校也展开了这方面的研究，并获得了较大进展。相关单位及厂家对超高压MCR和超高压高阻抗变压器式可控电抗器(Transformer Type Controlled Shunt Reactor，简称TCSR)进行了研究和试生产。

2006年4月，相关单位及厂家联合进行110千伏可控电抗器的开发与应用研究。2007年4月，研制出国内首台110千伏MCR，并通过了出厂试验及相关型式试验，6月，完成安装调试并投运成功。2006年由厂家研制的500kV三相40Mvar的MCR样机(裂芯式)通过厂内试验，2007年4月运抵现场并试运行。

由于MCR应用在国际上属于较新的技术，在国内尚属理论阶段或试运行阶段，尚未大范围深入展开，许多技术细节并未涉及。造成技术上还不成熟。具体表现在：

1、现有电抗器采用铁质油箱，运行时漏磁比较大，，油箱箱壁会产生涡流损耗，必要时还得在箱壁加磁屏蔽，导致油箱体积变大。

2、其次，现有的电抗器顶部出线采用出线柱，铁质油箱需要采用2只72kV的高压套管，这样油箱高度增加。场强不均压，容易造成局部放电。

3、运行时由于漏磁的存在，铁质油箱的箱底、箱盖存在过热现象。

4、晶闸管的安装通常设置在电抗器外部，电抗器体积较大，对场地和绝缘都提出更高和多的要求，同时也增加安装工作量。

5、现实中电抗器在理论上的分析性工作较多，真正付诸实施的较少，特别是高压或特高压领域以及对绝缘有较高要求的领域存在更多的空白。

6、现有电抗器控制多采用光纤通讯，在实际使用中，对操作人员要求高，所接线复杂，造成维护保养较难。

7、采用铁质油箱，扩容时不能叠摞，级联使用。特别是当安装场地有限的情况下。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种磁阀式可控电抗器，它具有设计合理，运行可靠，高性能、成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种磁阀式可控电抗器，它包括外绝缘筒，所述外绝缘筒上端设有上端盖部分，下端与下端盖部分连接，上端盖部分包括电抗器高压端子和上端盖，下端盖部分包括电抗器低压端子，脉冲控制线端子和下端盖，在下端盖内表面上固定有电抗器主体，所述电抗器主体包括电抗器铁芯，所述电抗器铁芯上设有电抗器主绕组，所述电抗器主绕组分别与电抗器高压端子、电抗器低压端子连接，所述电抗器铁芯上端设有绝缘支架，绝缘支架上设有晶闸管组件和脉冲变压器，所述晶闸管组件与脉冲变压器连接，脉冲变压器与脉冲控制线端子连接，所述脉冲变压器磁通方向与电抗器主绕组磁通方向正交；有效避免彼此之间的电磁干扰，所述外绝缘筒内注有绝缘油。

所述上端盖部分包括由上往下设置的上端盖、上法兰及温升缓冲气囊；所述下端盖部分包括与外绝缘筒下端连接的下法兰以及与下法兰连接的下端盖，所述下端盖的下部还设有绝缘底座；所述电抗器低压端子设在下法兰上；

所述电抗器高压端子、电抗器低压端子与内部电抗体主体连接线路中设有高压引线套管；所述电抗器高压端子的高压端子引线感应耐压115kV，低压端子引线工频耐压45kV；所述外绝缘筒、上端盖、上法兰、下端盖、下法兰涂有环氧清漆。

所述电抗器主体为自励式直流电源励磁控制方式，电抗器铁芯设有用于直流磁通流动的铁芯横轭，电抗器铁芯上端设有绝缘支架，所述高压引线套管设在绝缘支架上，在电抗器铁芯下端设有与下法兰及下端盖固定连接的铁芯定位组件；所述铁芯定位组件包括通过与绝缘底座固定连接的角铁以及在角铁上设有的螺栓夹持的电工层压木。

所述电抗器铁芯为两个，所述电抗器主绕组包括分别独立绕制在两个铁芯上的两个主线圈，每个主线圈分为4段，每段为层式结构；两个铁芯两端之间通过横轭连接。

所述电抗器主绕组中还设有用于低压外励磁直流激磁绕组；所述绝缘支架包括固定晶闸管组件的电工层压木，层压木通过螺栓夹件与两个铁芯上端固定连接，与晶闸管组件控制端连接的脉冲变压器的脉冲控制线上设有夹持木件，脉冲控制线与底部引出的脉冲控制线端子连接。

所述外绝缘筒为环氧玻璃丝缠绕筒，绝缘底座为高度500mm的环氧玻璃丝底座。

所述上端盖边缘处设有连接电抗器内、外部的出气孔；所述出气孔孔道与上端盖水平面呈-3°～-5°夹角；所述出气孔孔道内嵌有非金属弯管。

所述电抗器高压端子和/或电抗器低压端子为出线导电杆，所述出线导电杆一端为出线导电杆螺栓，另一端为出线导电杆固定部；出线导电杆固定部直径大于出线导电杆螺栓直径，所述出线导电杆螺栓端设有两侧为螺母，螺母之间设有碟形弹簧、平垫片组合而成的夹线结构，在夹线结构与出线导电杆固定部之间的螺杆上设有螺母、平垫片和矩形截面密封垫圈，所述出线导电杆固定部上设有盲孔；盲孔与出线导电杆同轴向，所述盲孔内设有内螺纹；所述导电杆接线端钮上设有螺杆，所述螺杆与固定端盲孔内螺纹配合连接。

所述导电杆螺栓直径与固定部设有的盲孔直径相同；所述导电杆螺栓与固定端盲孔螺纹螺距相同。

所述矩形截面密封垫圈为耐油橡胶；所述出线导电杆和导电杆接线端钮为紫铜镀锡。

本磁阀式可控电抗器为单相或将磁阀式可控电抗器通过组合成为三相，由于外形为绝缘筒，导电出线杆设置在上、下端盖的侧面，因此可以叠摞和组合安装，这在场地空间有限，电气绝缘要求高的变配电站等电力设施安放场所是难能可贵的。本发明通过调节晶闸管的触发时间，调整整流直流大小，来控制铁心的饱和度，从而达到调节铁心电抗及输出容量的目的。

外绝缘筒采用环氧玻璃丝缠绕筒，底座为高度500mm的环氧玻璃丝底座。

晶闸管固定在绝缘支架的电工层压木上，电工层压木通过螺栓夹件与铁芯上端固定连接，这样晶闸管与本体处于绝缘状态，保证晶闸管的可靠运行。与晶闸管控制端连接的脉冲变压器的脉冲控制线上设有夹持木件，脉冲控制线与底部引出的脉冲控制线端子连接。晶闸管放在油中，其对地绝缘距离缩小。

内部绝缘结构设计：

本发明容量小，电压等级高，所以线圈的匝数多，为了缩小本发明的体积。线圈分为4段，每段为层式设计。这样大大缩小了器身的体积，并且匝间场强低。容易造成局部放电。

磁阀式可控电抗器的工作原理：

磁阀式可控电抗器是磁控电抗器中的一种，“磁阀”的概念是前苏联学者在1986年提出的。通常情况下，它包括每相设有的四柱铁芯结构，所述四柱铁芯结构的中间工作铁芯柱I 4和II上分别设有至少一个小截面段，所述工作铁芯柱I 4的上下至少分别对称地绕有匝数相等的线圈A 1、B、所述工作铁芯柱II 5的上下至少分别对称地绕有匝数相等的线圈C、D，所述线圈A 1、B、C、D匝数均相等；所述的线圈A 1、B、C、D分别设有中心抽头a、b、c、d，所述的中心抽头a、b分别与晶闸管阳极和阴极连接，所述的中心抽头c、d分别与晶闸管阴极和阳极连接，线圈A 1与D、B与C交叉连接后与电网相线并联，所述线圈A 1和C的交叉连接端点侧或B和D交叉连接端点侧之间跨接有续流二极管，所述续流二极管阳极位于线圈A 1或B交叉端点侧上。

所述四柱铁芯采用高导磁冷轧硅钢片。

所述续流二极管，对晶闸管K1、K2续流，有利于晶闸管K1、K2的关断，所述晶闸管K1、K2用于改变控制电流的大小，从而改变磁阀铁芯的磁饱和度，实现平滑地调节可控电抗器的容量。

磁阀式可控电抗器具有一段或多段小截面铁芯，在整个容量调节范围内，只有小截面铁芯饱和，其余段均处于未饱和线性状态，通过改变小截面段铁芯的饱和程度来改变电抗器的容量。它基于偏磁可调原理，即通过改变晶闸管的触发角来改变直流励磁电流的大小，进而改变铁芯的饱和程度，达到平滑调节无功的目的。低压外励磁直流激磁绕组可以弥补内部励磁的不足实现混合方式提供直流磁通。

本发明有益效果是：

磁阀式可控电抗器制造工艺简单，成本低，损耗小，谐波小，电压适用范围宽，对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压均有较大的应用潜力。

相对于长方形铁质变压器油箱，本发明外形尺寸小、美观、运输方便。将晶闸管内置在电抗器外绝缘筒内，简化接线流程，整体结构紧凑，实施性好。

本发明克服铁质油箱，油箱箱壁会产生涡流损耗，同时电抗器运行时漏磁比较大，必要时需在箱壁加磁屏蔽，导致油箱体积会变大的不足。

其次，本发明克服铁质油箱采用2只72kV的高压套管油箱高度增加的技术问题。

本发明采用环氧玻璃丝油箱，顶部出线采用导电杆出线，由于外形为绝缘筒，导电出线杆设置在上、下端盖的侧面，因此可以叠摞和组合安装，这在场地空间有限，电气绝缘要求高的变配电站等电力设施安放场所是难能可贵的，同时本发明场强均压，有效避免造成局部放电。本发明油箱箱底与箱盖不会过热。避免铁质油箱中，由于漏磁的存在，箱底箱盖会过热。

本发明的增加一个绝缘底座，避免对地放电。

附图说明

图1a为单相MCR的结构示意图；

图1b为单相MCR的原理示意图；

图2为磁阀式可控电抗器机械结构示意图；

图3A.为K1导通时MCR的等效电路示意图；

图3B.为K2导通时MCR的等效电路示意图；

图4A磁阀式可控电抗器的磁路示意图；

图4B磁阀式可控电抗器磁路等效图；

图5A磁阀式可控电抗器在磁阀完全关闭下磁力线分布示意图；

图5B磁阀式可控电抗器在磁阀完全打开下磁力线分布示意图；

图5C磁阀式可控电抗器在磁阀部分关闭下磁力线分布示意图；

图6为MCR工作状态分析仿真示意图；

图7为MCR工作状态仿真结果示意图；

图8为磁阀式可控电抗器工作状态转换示意图；

图9为电抗器导电螺杆结构示意图。

图中：1.线圈A，2.续流二极管，3.晶闸管K1，4.铁芯柱I，5.铁芯柱II，6.电抗器高压端子，7.密封胶，8.高压引线套管，9.晶闸管组件，10.绝缘油，11.下法兰，12.下端盖，13.电抗器低压端子，14.绝缘底座，15.上法兰，16.上端盖，17.温升缓冲气囊，18.脉冲变压器，19.绝缘支架，20.电抗器铁芯，21.电抗器主绕组，22.外绝缘筒，23.低压外励磁直流激磁绕组，24.铁芯定位组件，25.脉冲控制线端子，26出气孔，27.螺母，28.碟形弹簧，29.平垫片，30.矩形截面密封垫圈，31.出线导电杆固定部，32.导电杆接线端钮，33.螺杆，34.出线导电杆螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A为单相MCR的结构图；图1B为单相MCR的原理示意图；

本发明所述磁阀式可控电抗器为无旁轭结构，构成两铁芯结构可控电抗器，对照现有的单相磁阀式可控电抗器，往往如图1A所示设有旁轭构成四柱铁芯结构，本发明铁芯结构为双铁芯，部采用两侧的旁轭，只有连接两个铁芯柱的横轭，有双铁芯，自然如图1A和1B中所示的在每个铁芯柱都绕有线圈，构成两个主线圈；所述铁芯柱I 4和II上分别设有至少一个小截面段，所述铁芯柱I 4的上下分别对称地绕有匝数相等的线圈A 11、B、所述工作铁芯柱II 5的上下至少分别对称地绕有匝数相等的线圈C、D，所述线圈A 1、B、C、D匝数均相等；所述的线圈A 1、B、C、D分别设有中心抽头a、b、c、d，所述的中心抽头a、b分别与晶闸管阳极和阴极连接，所述的中心抽头c、d分别与晶闸管阴极和阳极连接，线圈A 1与D、B与C交叉连接后与电网相线并联，所述线圈A 1和C的交叉连接端点侧或B和D交叉连接端点侧之间跨接有续流二极管2，所述续流二极管2阳极位于线圈A 1或B交叉端点侧上。

如同四柱铁芯采用高导磁冷轧硅钢片一样。本发明所述续流二极管2的对晶闸管K1 3、K2续流作，有利于晶闸管K1 3、K2的关断，所述晶闸管K1 3、K2用于改变控制电流的大小，从而改变磁阀铁芯的磁饱和度，实现平滑地调节可控电抗器的容量。

图2表示为磁阀式可控电抗器机械结构示意图

一种磁阀式可控电抗器，它包括外绝缘筒，所述外绝缘筒22上端设有上端盖部分，下端与下端盖部分连接，上端盖部分包括电抗器高压端子6和上端盖16，下端盖部分包括电抗器低压端子13，脉冲控制线端子25和下端盖12，在下端盖12内表面上固定有电抗器主体，所述电抗器主体包括电抗器铁芯，所述电抗器铁芯上设有电抗器主绕组(21)，所述电抗器主绕组21分别与电抗器高压端子6、电抗器低压端子13连接，所述电抗器铁芯上端设有绝缘支架19，绝缘支架19上设有晶闸管组件9和脉冲变压器18，所述晶闸管组件9与脉冲变压器18连接，脉冲变压器18与脉冲控制线端子25连接，所述脉冲变压器18磁通方向与电抗器主绕组21磁通方向正交；所述外绝缘筒22内注有绝缘油10。

所述上端盖部分包括由上往下设置的上端盖16、上法兰15及温升缓冲气囊17；所述下端盖部分包括与外绝缘筒22下端连接的下法兰11以及与下法兰11连接的下端盖12，所述下端盖的下部还设有绝缘底座14；所述电抗器低压端子13设在下法兰11上；

所述电抗器高压端子6、电抗器低压端子13与内部电抗体主体连接线路中设有高压引线套管8；所述电抗器高压端子6除自身的矩形截面密封垫圈30外可以在外部设置密封胶7，所述电抗器高压端子6的高压端子引线感应耐压115kV，低压端子引线工频耐压45kV；所述外绝缘筒22、上端盖16、上法兰15、下端盖12、下法兰11涂有环氧清漆。

所述电抗器主体为自励式直流电源励磁控制方式，电抗器铁芯设有用于直流磁通流动的铁芯横轭，电抗器铁芯上端设有绝缘支架19，所述高压引线套管8设在绝缘支架19上，在电抗器铁芯20下端设有与下法兰11及下端盖12固定连接的铁芯定位组件24；所述铁芯定位组件24包括通过与绝缘底座14固定连接的角铁以及在角铁上设有的螺栓夹持的电工层压木。

所述电抗器铁芯为两个，所述电抗器主绕组21包括分别独立绕制在两个铁芯上的两个主线圈，每个主线圈分为4段，每段为层式结构；两个铁芯两端之间通过横轭连接。

所述电抗器主绕组中还设有用于低压外励磁直流激磁绕组23。所述绝缘支架19包括固定晶闸管组件9的电工层压木，层压木通过螺栓夹件与两个铁芯上端固定连接，与晶闸管组件9控制端连接的脉冲变压器18的脉冲控制线上设有夹持木件，脉冲控制线与底部引出的脉冲控制线端子25连接。

所述外绝缘筒22为环氧玻璃丝缠绕筒，绝缘底座14为高度500mm的环氧玻璃丝底座。所述上端盖16边缘处设有连接电抗器内、外部的出气孔26；所述出气孔26孔道与上端盖水平面-3°～-5°夹角。所述出气孔26孔道内嵌有非金属弯管。

所述电抗器高压端子6和/或电抗器低压端子13为出线导电杆，所述出线导电杆一端为出线导电杆螺栓34，另一端为出线导电杆固定部31；出线导电杆固定部31直径大于出线导电杆螺栓34直径，所述出线导电杆螺栓34端设有两侧为螺母27，螺母27之间设有碟形弹簧28、平垫片29组合而成的夹线结构，在夹线结构与出线导电杆固定部之间的螺杆上设有螺母27、平垫片29和矩形截面密封垫圈30。

所述出线导电杆固定部31上设有盲孔；盲孔与出线导电杆同轴向，所述盲孔内设有内螺纹；所述导电杆接线端钮32上设有螺杆33，所述螺杆33与固定端盲孔内螺纹配合连接。

所述导电杆螺栓34直径与固定部设有的盲孔直径相同；所述导电杆螺栓34与固定端盲孔螺纹螺距相同。

所述矩形截面密封垫圈为耐油橡胶；所述出线导电杆和导电杆接线端钮32为紫铜镀锡。

本发明输出感性无功范围为0-720kVar，设计时按照末端即低压端子引线工频耐压15kV(工频耐压45kV)，首端即高压端引线电压72kV(感应耐压115kV)设计。其中末端接励磁变压器的输出端，首端接油浸式空心电抗器。脉冲触发屏蔽电缆，便于户外接线，晶闸管组件包括与两个晶闸管以及与它们的门极分别连接的晶闸管触发电路，铁芯定位组件包括用角铁夹持的电工层压木，所述角铁上的螺栓与底座固定连接。

图3A.图3B为K1、K2导通时MCR的等效电路示意图，K1导通时MCR的等效电路示意图；u1＝(1-δ)Esinωt，u2＝δEsinωt，u3＝u1+u2＝Esinωt。若晶闸管K13、K2不导通，由绕组结构的对称性知可控电抗器与空载变压器无异。当e处于正半周，晶闸管K1 3承受正向电压，K2承受反向电压。若K1触发导通，则使a，b点等电位，电源e经变比为δ的线圈(N/2)自耦变压后，由匝数为N2的线圈向电路提供直流控制电压2u2和电流i1，i2。由此可得出K1导通时的等效电路图如图3A所示。同理，若K2在电源的负半周导通(c，d等电位)，则可得出如图3B所示的等效电路图。

K2导通时所产生的控制电流方向与K1导通时的控制电流方向相同，也就是说在电源一个工频周期内，K1、K2的轮流导通起了全波整流作用，由二极管D的续流作用，有利于晶闸管K13、K2的关断，提高了整流效率。通过改变晶闸管K1 3、K2的触发导通角，将图3A、图3B中控制电流i1和i2的大小改变，磁阀铁芯的磁饱和度随之改变，达到平滑地调节可控电抗器的容量的目的。

图4A、图4B磁阀式可控电抗器的磁路示意图以及等效图；图4A为磁阀式可控电抗器磁路示意图，铁芯由面积比较大的部分(面积为Ab，长度为l，下面称为“大面积铁芯段”)和面积比较小的部分(面积为Ab1，长度为lt，下面称为“磁阀铁芯段”)串联而成。

在磁阀式可控电抗器的整个容量调节范围内，大面积铁芯段的工作状态始终处于磁路的未饱和线性区，其磁阻相对于磁阀铁芯段很小，磁阀部分磁力线分为两部分，一部分通过磁阀铁芯，磁阻记为Rt，另一部分通过气隙，等效磁阻记为Rq。磁阀式可控电抗器磁路可以等效为图4B，图中，F为磁路磁势，Φ为磁路总磁通量，

(μ₀为空气磁导率)，(μ为磁阀铁芯平均磁导率)。

图5A、图5B、图5C为磁阀式可控电抗器在不同工作状态下磁力线分布示意图。从图中我们可以看到，磁阀有三种工作状态：

(1)如图5A所示，当磁阀铁芯段完全饱和时，磁阀铁芯平均磁导率最小，磁阻最大，磁阀门完全关闭，此时整个磁路可等效为面积为A_b，长度为l_t的空气间隙，；

(2)如图5B所示，磁阀铁芯段处于未饱和线性区时，磁阀铁芯平均磁导率最大，磁阻十分小，磁力线完全可以从中通过，磁阀门完全打开；

(3)如图5C所示，磁阀铁芯段的饱和程度处于上述两种情况之间时，磁力线有一部分通过面积为A_b-A_b1的空气隙，另一部分通过小截面铁芯段，前者的磁阻为线性，后者的磁阻为非线性。

图6、图7、图8分别是MCR工作状态分析仿真示意图和MCR工作状态仿真结果示意图和磁阀式可控电抗器工作状态转换示意图。这里只是为了研究工作状态，不涉及到磁阀饱和度变化问题，所以用固定电感来模拟MCR的工作过程。

为了得到磁阀式可控电抗器MCR的工作状态，使用MATLAB/Simulink对MCR的工作过程进行了仿真分析。

运行仿真文件后，得到的仿真结果如图7所示。从图中我们可以分析出，磁阀式可控电抗器晶闸管K1 3、K2及二极管D1的可能导通情况，有5种工作状态：

(1)K1导通，K2、D1截止；

(2)K1、D1导通，K2截止；

(3)D1导通，K1、K2截止；

(4)K2导通，K1、D1截止；

(5)K2、D1导通，K1截止。

假定，磁阀式可控电抗器的工作绕组两端加有正弦电压：e＝E_msinωt，K1和K2的触发角为a。结合图7，从理论角度对磁阀式可控电抗器的工作过程进行分析：

(1)当无直流励磁(a＝π)，电抗器已处于稳定空载运行时，e、f两点电位差为零，因而可以假定从t＝0开始，电抗器已处于状态3，即D1导通，K1、K2截止；

(2)在电源正半周期间，K1上承受正向电压，K2上承受反向电压。因此，若在此正半周ωt＝a时刻，向K1门极输入触发脉冲，K1将会导通，而K2维持截止状态。因此，可控电抗器进入状态2，即K1、D1导通，K2截止；

(3)K1导通后一段时间后，D1将因为承受反向电压而关断，MCR过渡到状态处于状态1，即K1导通，K2、D1截止；

(4)在系统电压过零进入负半周后，K1上电流逐渐减小，二极管D1开始导通，MCR进入状态2，即K1、D1导通，K2截止；

(5)之后，晶闸管K1 3电流逐渐减小，最后过零而截止，电抗器进入状态3，即D1导通，K1、K2截止；

(6)在电源的负半周，晶闸管K2触发导通的过程分析与电源正半周时K1触发导通过程完全相似。状态的转换为状态5、状态4、状态5，最后回到状态3，开始下一个状态循环。

各状态之间的转换过程如图8所示。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种磁阀式可控电抗器，其特征是，它包括外绝缘筒，所述外绝缘筒(22)上端设有上端盖部分，下端与下端盖部分连接，上端盖部分包括电抗器高压端子(6)和上端盖(16)，下端盖部分包括电抗器低压端子(13)，脉冲控制线端子(25)和下端盖(12)，在下端盖(12)内表面上固定有电抗器主体，所述电抗器主体包括电抗器铁芯，所述电抗器铁芯上设有电抗器主绕组(21)，所述电抗器主绕组(21)分别与电抗器高压端子(6)、电抗器低压端子(13)连接，所述电抗器铁芯上端设有绝缘支架(19)，绝缘支架(19)上设有晶闸管组件(9)和脉冲变压器(18)，所述晶闸管组件(9)与脉冲变压器(18)连接，脉冲变压器(18)与脉冲控制线端子(25)连接，所述脉冲变压器(18)磁通方向与电抗器主绕组(21)磁通方向正交；所述外绝缘筒(22)内注有绝缘油(10)。

2.如权利要求1所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述上端盖部分包括由上往下设置的上端盖(16)、上法兰(15)及温升缓冲气囊(17)；所述下端盖部分包括与外绝缘筒(22)下端连接的下法兰(11)以及与下法兰(11)连接的下端盖(12)，所述下端盖的下部还设有绝缘底座(14)；所述电抗器低压端子(13)设在下法兰(11)上；

所述电抗器高压端子(6)、电抗器低压端子(13)与内部电抗体主体连接线路中设有高压引线套管(8)；所述电抗器高压端子(6)的高压端子引线感应耐压115kV，低压端子引线工频耐压45kV；所述外绝缘筒(22)、上端盖(16)、上法兰(15)、下端盖(12)、下法兰(11)涂有环氧清漆。

3.如权利要求2所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述电抗器主体为自励式直流电源励磁控制方式，电抗器铁芯设有用于直流磁通流动的铁芯横轭，电抗器铁芯上端设有绝缘支架(19)，所述高压引线套管(8)设在绝缘支架(19)上，在电抗器铁芯(20)下端设有与下法兰(11)及下端盖(12)固定连接的铁芯定位组件(24)；所述铁芯定位组件(24)包括通过与绝缘底座(14)固定连接的角铁以及在角铁上设有的螺栓夹持的电工层压木。

4.如权利要求3所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述电抗器铁芯为两个，所述电抗器主绕组(21)包括分别独立绕制在两个铁芯上的两个主线圈，每个主线圈分为4段，每段为层式结构；两个铁芯两端之间通过横轭连接。

5.如权利要求4所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述电抗器主绕组中还设有用于低压外励磁直流激磁绕组(23)；所述绝缘支架(19)包括固定晶闸管组件(9)的电工层压木，层压木通过螺栓夹件与两个铁芯上端固定连接，与晶闸管组件(9)控制端连接的脉冲变压器(18)的脉冲控制线上设有夹持木件，脉冲控制线与底部引出的脉冲控制线端子(25)连接。

6.如权利要求1所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述外绝缘筒(22)为环氧玻璃丝缠绕筒，绝缘底座(14)为高度500mm的环氧玻璃丝底座。

7.如权利要求2所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述上端盖(16)边缘处设有连接电抗器内、外部的出气孔(26)；所述出气孔(26)孔道与上端盖水平面-3°～-5°夹角；所述出气孔(26)孔道内嵌有非金属弯管。

8.如权利要求1所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述电抗器高压端子(6)和/或电抗器低压端子(13)为出线导电杆，所述出线导电杆一端为出线导电杆螺栓(34)，另一端为出线导电杆固定部(31)；出线导电杆固定部(31)直径大于出线导电杆螺栓(34)直径，所述出线导电杆螺栓(34)端设有两侧为螺母(27)，螺母(27)之间设有碟形弹簧(28)、平垫片(29)组合而成的夹线结构，在夹线结构与出线导电杆固定部之间的螺杆上设有螺母(27)、平垫片(29)和矩形截面密封垫圈(30)，所述出线导电杆固定部(31)上设有盲孔；盲孔与出线导电杆同轴向，所述盲孔内设有内螺纹；所述导电杆接线端钮(32)上设有螺杆(33)，所述螺杆(33)与固定端盲孔内螺纹配合连接。

9.如权利要求8所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述导电杆螺栓(34)直径与固定部设有的盲孔直径相同；所述导电杆螺栓(34)与固定端盲孔螺纹螺距相同。

10.如权利要求8所述的磁阀式可控电抗器，其特征是，所述矩形截面密封垫圈为耐油橡胶；所述出线导电杆和导电杆接线端钮(32)为紫铜镀锡。

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