CN104992826B - 转盘式可调参数电网串联电抗器 - Google Patents

Abstract

一种转盘式可调参数电网串联电抗器，包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数和绕制方向相同且串联连接的两个主线圈、一个绕制在铁芯上并串联一电容器的耦合线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构；当电网不需要调整线路电流时，两个主线圈处于同一个最短气隙磁路中，该磁路中磁通为零，串入电网的阻抗值为零；当电网需要调整线路中电流时，两个主线圈分别处于不同的最短气隙磁路中，每个最短气隙磁路的磁通量最大，串入电网的阻抗模值为最大值。本发明通过控制磁路调整机构来改变铁芯的最短气隙磁通路径来调整串入电网的阻抗参数，达到调整线路中电流的目的；具有结构简单、成本低廉、电抗器阻抗参数调整速度快、可频繁动作、运行可靠的特点。

Description

转盘式可调参数电网串联电抗器

技术领域

本发明涉及电力系统限流电抗器领域，特别是一种参数可调整的限流电抗器。

背景技术

随着我国交流输电网规模的扩大，各地区负荷的增长非常迅速，为了保障供电的连续性和提高负荷供电的可靠性，交流输电网经连接成环网结构。对于环形结构电网，为了防止其中某条线路过负荷，需要根据各地区负荷的变化特征来调整各条线路中的负荷分布。传统的方法是通过调整线路上变压器的有载调压分接头改变各节点电压的大小来实现对线路中负荷潮流分布的调整。由于变压器的有载调压操作会磨损和烧灼变压器的分接头，对变压器的使用寿命构成严重威胁，故对变压器进行有载调压操作的次数有严格的限制。变压器有载调压操作次数的限制使得快速调节环形电网结构线路中负荷的分布难以实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有交流环形电网中难以快速改变线路中负荷分布的缺陷，提供一种结构简单、造价低廉、能够快速改变阻抗参数以调整线路中电流的电抗器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

转盘式可调参数电网串联电抗器，包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数和绕制方向相同且串联连接的两个主线圈、一个绕制在铁芯上并串联一电容器的耦合线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构；当电网不需要调整线路电流时，两个主线圈处于同一个最短气隙磁路中，最短气隙磁路中磁通为零，串入电网的阻抗值为零；当电网需要调整线路容性负荷电流时，一个主线圈和耦合线圈构成最短气隙磁路中，该最短气隙磁路的磁通量最大，串入电网的阻抗模值为容性最大值；当电网需要调整线路感性负荷电流时，另一个主线圈单独处于一个最短气隙磁路中，该最短气隙磁路的磁通量最大，串入电网的阻抗模值为感性最大值。

上述转盘式可调参数电网串联电抗器，所述铁芯包括成目字型结构设置的主铁芯，两个主线圈分别绕制在目字型主铁芯的中间两根横向芯柱上，耦合线圈绕只制在主铁芯的顶部横向芯柱上，主铁芯位于相邻两个横向芯柱之间的左侧芯柱上均设置一气隙；所述磁路调整机构包括平行主铁芯左侧芯柱设置的转轴、垂直设置在转轴上与主铁芯气隙位置相应且部分嵌入气隙内的三个带铁芯块的转盘以及驱动转轴和转盘旋转的驱动机构，所述驱动机构的输出端连接转轴的一端。

上述转盘式可调参数电网串联电抗器，所述铁芯块以转盘四分之一面积设置在转盘上，转盘包括分别对应第一气隙的第一转盘、对应第二气隙的第二转盘和对应第三气隙的第三转盘，第一转盘上的铁芯块和第三转盘上的铁芯块对角安装，第二转盘上对角安装有两块铁芯块，第二转盘上的铁芯块与第一转盘的铁芯块和第三转盘的铁芯块错位安装。

上述转盘式可调参数电网串联电抗器，所述驱动机构包括串联连接的电动机、控制电动机动作的开关以及电源，电动机的输出端固定连接转轴的一端。

上述转盘式可调参数电网串联电抗器，所述转轴通过设置在电抗器底座上的轴承支撑。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得的技术进步如下。

本发明通过控制电动机动作来改变铁芯块的位置以实现改变铁芯的最短气隙磁通路径来调整串入电网的主线圈阻抗参数，达到调整线路中电流的目的；该控制回路与电网中的线路没有直接电的联系，对电网不会产生谐波污染，具有结构简单、成本低廉、主线圈阻抗参数调整速度快、可频繁动作、运行可靠的特点。本发明简化了电网调整线路负荷电流电抗器的结构，降低了制造成本，减少了设备运行损耗，提高了调整速度，可广泛应用于配电网、高压和超高压输电网中调整负荷电流，以避免电网发生线路负荷电流过载的问题。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为所述磁路调整机构的结构示意图；

图3为本发明在电网处于正常运行状态时，主线圈阻抗为零状态下的磁路结构示意图；

图4为本发明在限制感性负载电流时，主线圈感性阻抗模值为最大状态下的最短气隙磁路结构示意图；

图5为本发明在限制容性负载电流时，主线圈容性阻抗模值为最大状态下的最短气隙磁路结构示意图。

图中各标号表示为：T1.主铁芯，W1.第一主线圈，W2.第二主线圈，W3.耦合线圈，C.电容器，Z1.第一轴承，Z2.第二轴承，P.转轴，RT1.第一转盘，RT2.第二转盘，RT3.第三转盘，DJ1.电动机，K.开关，B.电池。

图中虚线为最短气隙磁路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明提供了一种转盘式可调参数电网串联电抗器，其结构如图1所示，包括铁芯、第一主线圈W1、第二主线圈W2、耦合线圈W3、电容器C以及磁路调整机构；铁芯包括相配合的主铁芯T1和可转动的铁芯块；第一主线圈W1和第二主线圈W2绕制在主铁芯上，第一主线圈W1和第二主线圈W2的匝数和绕制方向相同，并且串联连接；耦合线圈W3也绕制在主铁芯上，并与电容器串联连接；磁路调整机构用于改变铁芯的磁路结构。

当电网不需要调整线路电流时，串联在线路中的两个主线圈在铁芯中部的最短气隙磁路中所产生的磁通大小相等且方向相反，使得最短气隙磁路中的磁通为零，此时串入电网的阻抗模值为零，不仅对电网没有影响，而且该电抗器在周围空间产生的干扰磁场也很小。

当电网需要调整线路电流时，通过磁路调整机构断开铁芯中部的最短气隙磁路，形成另外新的最短气隙磁路，使得两个主线圈处于不同的最短气隙磁路中，每个最短气隙磁路中的磁通量为最大值，从而使得串入电网的阻抗模值达到最大值，实现调整线路中负荷电流的效果。具体地，如果电网线路中所接的是容性负载，当需要限制该容性负荷电流时，通过控制控制磁路调整机构，使串入电网的阻抗为容性且模值最大；如果电网线路中所接的是感性负载，当需要限制该感性负荷电流时，通过控制磁路调整机构，使串入电网的阻抗为感性且模值最大。

本发明中，铁芯包括成目字型结构设置的主铁芯T1和三块位置可活动的铁芯块。主铁芯T1包括四根平行设置的横向芯柱、连接横向芯柱两端的左侧芯柱和右侧芯柱，两个主线圈分别绕制在目字型主铁芯的中间两根横向芯柱上。左侧芯柱上位于相邻两个横向芯柱之间的部分均设置有气隙，气隙包括第一气隙、第二气隙和第三气隙，每个气隙中均嵌装一块位置可转动的铁芯块。

磁路调整机构包括转轴P、驱动机构以及第一转盘RT1、第二转盘RT2和第三转盘RT3，位置可转动的铁芯块设置在转盘上。转轴P平行主铁芯左侧芯柱设置，并通过设置在电抗器底座上的第一轴承Z1和第二轴承Z2支撑。三个转盘垂直设置在转轴上，转盘的位置与气隙位置相对应，转盘的厚度略小于气隙的间距，并且转盘部分嵌入到气隙中。

转盘包括第一转盘RT1、第二转盘RT2和第三转盘RT3，第一转盘RT1对应主铁芯的第一气隙开口位置，第二转盘RT2对应主铁芯的第二气隙开口位置，第三转盘RT3对应主铁芯的第三气隙开口位置。

铁芯块以转盘四分之一面积的扇形结构设置在转盘上，第一转盘上的铁芯块和第三转盘上的铁芯块对角安装，第二转盘上对角安装有两块铁芯块，第二转盘上的铁芯块与第一转盘的铁芯块和第三转盘的铁芯块错位安装。铁芯块具体安装方式为：在转盘上画一条水平线，再从圆心处画一条与水平线相垂直的竖直线，两条相互垂直的直线分别将转盘分成四个区域，第一转盘RT1上铁芯块的安装位置在左上区域，第三转盘RT3上铁芯块的安装位置在右下区域，第二转盘RT2上铁芯块的安装位置在左下和右上区域，如图2中阴影部分所示。

驱动机构用于驱动转轴P和转盘旋转，从而使位于转盘的铁芯块能够在气隙中活动。驱动机构包括串联连接的电动机DJ1、控制电动机动作的开关K以及电源，电动机DJ1的输出端固定连接转轴P的一端。本实施例中，电源采用电池B。

本发明通过在转盘上固定安装铁芯块且各转盘上铁芯块位置不同的方式以及驱动机构驱动转盘来实现最短气隙磁路结构的改变，其工作原理为：当转动转轴P，使得第二转盘RT2上的铁芯块处于主铁芯T1的第二气隙内时，第一转盘RT1和第三转盘RT3上的铁芯块分别位于主铁芯T1的第一气隙和第三气隙外；当转动转轴P，使得第一转盘RT1的铁芯块位于主铁芯T1的第一气隙内时，第二转盘RT2和第三转盘RT3上的铁芯块分别位于主铁芯T1的第二气隙和第三气隙外；当转动转轴P，使得第三转盘RT3上的铁芯块位于主铁芯T1的第三气隙内时，第一转盘RT1和第二转盘RT2上的铁芯块分别位于主铁芯T1的第一气隙和第二气隙外。

在交流输电网中，对于一条线路，需要在A、B、C各相中分别串联安装一个转盘式可调参数电网串联电抗器。下面以A相中串联安装的转盘式可调参数电网串联电抗器为例对本发明的工作原理进行详细说明。对于A相线路，电网A相的进线接第一主线圈W1的e端，第一主线圈W1的f端接第二主线圈W2的g端，第二主线圈W2的h端接电网A相的出线。

当不需要调整线路中的负荷分布时，控制开关k闭合，电动机DJ1的定子电源与电池B接通，电动机DJ1带动转轴P旋转，转轴P带动转盘旋转，使得第二转盘RT2内嵌入的铁芯块处于主铁芯T1的第二气隙内部；然后控制开关k断开，电动机DJ1的定子电源与电池B断开，电动机DJ1停止转动。此时，第二转盘RT2中的铁芯块和主铁芯T1在铁芯中部构成一个最短气隙磁路，如图3所示，在该最短气隙磁路中，由于第一主线圈W1和第二主线圈W2产生的磁通方向相反并互相抵消，使得第一主线圈W1和第二主线圈W2上的感应电压为零，即串入电网的阻抗模值为零，不会对电网线路的参数造成影响，因此不会对该线路中的负荷电流有影响，也不会影响电网线路中负荷分布。

如果电网中线路上所接负载为感性，当需要调整线路中的感性负荷分布时，控制开关k闭合，电动机DJ1的定子电源与电池B接通，电动机DJ1的转子带动转轴P旋转，转轴P带动转盘旋转，使得第二转盘RT2中嵌入的铁芯块转出主铁芯T1的第二气隙，原中部的最短气隙磁路被断开；电动机DJ1继续转动转轴P，使得第三转盘RT3内嵌入的铁芯块处于主铁芯T1的第三气隙中；然后控制开关k断开，电动机DJ1的定子电源与电池B断开，电动机停止转动。此时，第三转盘RT3上的铁芯块和主铁芯T1在后部构成一个最短气隙磁路，如图4所示，在该最短气隙磁路中，只有第二主线圈W2；因此，在第二主线圈W2上会产生较高感应电压，此时，串入电网的主线圈阻抗为感性且模值为最大值，相当于在电网线路中串联接入了一个感性阻抗，该阻抗的接入改变了线路的阻抗参数并限制了该条线路中的感性负荷电流，实现了调整环形结构中该条线路中感性负荷分布的效果。

如果电网中线路上所接负载为容性，当需要调整线路中的容性负荷分布时，控制开关k闭合，电动机DJ1的定子电源与电池B接通，电动机DJ1的转子带动转轴P旋转，转轴P带动转盘旋转，使得第三转盘RT3中嵌入的铁芯块转出主铁芯T1的第三气隙，原后部的最短气隙磁路被断开；电动机DJ1继续转动转轴P，使得第一转盘RT1内嵌入的铁芯块处于主铁芯T1的第一气隙中；然后控制开关k断开，电动机DJ1的定子电源与电池B断开，电动机停止转动。此时，第一转盘RT1上的铁芯块和主铁芯T1在前部构成一个最短气隙磁路，如图5所示；在该最短气隙磁路中，只有第一主线圈W1，因此在第一主线圈W1上会产生较高感应电压，然而由于耦合线圈串联连接电容器C，因此串入电网的主线圈阻抗为容性且模值为最大值，相当于在电网线路中串联接入了一个容性阻抗，该阻抗的接入改变了线路的阻抗参数并限制了该条线路中的容性负荷电流，实现了调整环形结构中该条线路中容性负荷分布的效果。

上述三种调整方式只要参照控制要求不断使控制开关k接通或断开，进一步控制电动机DJ1定子电源的接通或断开即可实现，所以本发明可以快速反复切换。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.转盘式可调参数电网串联电抗器，其特征在于：包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数和绕制方向相同且串联连接的两个主线圈、一个绕制在铁芯上并串联一电容器的耦合线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构；当电网不需要调整线路电流时，两个主线圈处于同一个最短气隙磁路中，最短气隙磁路中磁通为零，串入电网的阻抗值为零；当电网需要调整线路容性负荷电流时，一个主线圈和耦合线圈构成最短气隙磁路，该最短气隙磁路的磁通量最大，串入电网的阻抗模值为容性最大值；当电网需要调整线路感性负荷电流时，另一个主线圈单独处于一个最短气隙磁路中，该最短气隙磁路的磁通量最大，串入电网的阻抗模值为感性最大值；

所述铁芯包括成目字型结构设置的主铁芯(T1)，两个主线圈分别绕制在目字型主铁芯的中间两根横向芯柱上，耦合线圈绕制在主铁芯的顶部横向芯柱上，主铁芯(T1)位于相邻两个横向芯柱之间的左侧芯柱上均设置一气隙；所述磁路调整机构包括平行主铁芯左侧芯柱设置的转轴(P)、垂直设置在转轴上与主铁芯气隙位置相应且部分嵌入气隙内的三个带铁芯块的转盘以及驱动转轴和转盘旋转的驱动机构，所述驱动机构的输出端连接转轴的一端。

2.根据权利要求1所述的转盘式可调参数电网串联电抗器，其特征在于：所述铁芯块以转盘四分之一面积设置在转盘上，转盘包括分别对应第一气隙的第一转盘(RT1)、对应第二气隙的第二转盘(RT2)和对应第三气隙的第三转盘(RT3)，第一转盘上的铁芯块和第三转盘上的铁芯块对角安装，第二转盘上对角安装有两块铁芯块，第二转盘上的铁芯块与第一转盘的铁芯块和第三转盘的铁芯块错位安装。

3.根据权利要求2所述转盘式可调参数电网串联电抗器，其特征在于：所述驱动机构包括串联连接的电动机(DJ1)、控制电动机动作的开关(K)以及电源，电动机(DJ1)的输出端固定连接转轴(P)的一端。

4.根据权利要求3所述转盘式可调参数电网串联电抗器，其特征在于：所述转轴通过设置在电抗器底座上的轴承支撑。