CN110400687B - 一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，包括油箱、设于油箱内的导磁芯柱、为导磁芯柱构成铁芯磁路结构的左、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控制绕组、补偿绕组以及网侧绕组；网侧绕组与输电线路相连，补偿绕组与整流及滤波装置的输入端相连，控制绕组与整流及滤波装置的输出端相连；每个网侧绕组套装在两个导磁芯柱上，每个补偿绕组位于网侧绕组里侧，也套装在两个导磁芯柱上，每个导磁芯柱上都套装有一个控制绕组。本发明控制灵活，响应时间快，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。

Description

一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器

技术领域

本发明涉及一种电抗器，具体为一种新型交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器。

背景技术

电抗器作为高压电感元件，在电力系统中广泛应用于限制短路电流、无功补偿、移相等。可控电抗器研究始于上个世纪50年代，相继出现了调匝式、调气隙式、高阻抗变压器式、相控式等多种类型的可控电抗器，虽然在低压电网中起到一定效果，但由于应用在高压电网时损耗过大或成本过高，多数不能应用于高压电网中，为解决这一问题目前所研究的磁控式电抗器出现了一种在器身上特设一组为整流及滤波装置提供三相电源的带补偿绕组的可控电抗器，然而这种可控电抗器的结构为两个导磁芯柱外分别套装网侧绕组、补偿绕组，这种分别套装的结构，通过实际研究发现器身体积不仅过大造成极大成本浪费，而且线圈耦合程度较大，导磁调节速度很难有极大提升，在生产过程及应用过程中均有一些不利因素的存在，如吊装复杂、传递过电压等问题。

发明内容

针对现有技术中可控并联电抗器体积大、导磁调节速度提升难度高、吊装复杂、传递过电压等不足，本发明要解决的问题是提供一种控制灵活、响应时间快、可平滑调节系统的无功功率的交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，包括油箱、设于油箱内的导磁芯柱、为导磁芯柱构成铁芯磁路结构的左、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控制绕组、补偿绕组以及网侧绕组；网侧绕组与输电线路相连，补偿绕组与整流及滤波装置的输入端相连，控制绕组与整流及滤波装置的输出端相连。

每个网侧绕组套装在两个导磁芯柱上，每个补偿绕组位于网侧绕组里侧，也套装在两个导磁芯柱上，每个导磁芯柱上都套装有一个控制绕组。

控制绕组每相均有两个线圈，两个线圈串联，各相串联支路再组为并联后又与两只串联电阻支路并联，其并联电路一端与整流及滤波装置相连，另一端电阻中性点接地。

每相补偿绕组均为一个线圈，一端与设在油箱外部的整流及滤波装置相连，另一端分别与下一相组成三角形连接结构，三相间形成角接结构。

补偿绕组外表面上套设有网侧绕组，每相网侧绕组至少有一组线圈，其一端与输电线相连，另一端直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地。

当网侧绕组具有两组以上线圈时，组为并联或串联，其一端与输电线相连，另一端与其它相联结后直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地。

铁芯磁路结构为单相双柱双旁轭或三相六柱双旁轭。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器控制灵活，补偿绕组及网侧绕组均为整体套装在两个控制绕组外的结构，响应时间快，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。

2.本发明提供一种在器身上仅特设一组为整流及滤波装置提供三相电源的补偿绕组的可控电抗器的创新结构，达到改变电抗器电抗值和容量的效果，适用范围较广，是至关重要的无功补偿装置。

3.本发明将补偿绕组及网侧绕组均为整体套装在两个控制绕组外的结构，不仅减小了器身体积、降低了成本，而且实现了整体套装，解决了生产过程吊装复杂的问题。在补偿绕组内侧设置屏蔽，解决了传递过电压的问题。

附图说明

图1为本发明单相结构的电路原理图；

图2为本发明单相结构的主体部分铁芯和线圈装配示意图；

图3为本发明三相结构的电路原理图；

图4为本发明三相结构的主体部分铁芯和线圈装配示意图。

图中：1为电磁部分，2为滤波装置，3为整流变，4为可控硅组，5为控制及检测单元，6为导磁芯柱，Ctrl为控制绕组，CW为补偿绕组，NW为网侧绕组。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1～2所示，本发明一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，包括油箱、设于油箱内的导磁芯柱6、为导磁芯柱6构成铁芯磁路结构的左、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控制绕组Ctrl、补偿绕组CW以及网侧绕组NW；网侧绕组NW与输电线路相连，补偿绕组CW与整流及滤波装置的输入端相连，控制绕组Ctrl与整流及滤波装置的输出端相连。

如图2所示，本发明中，每个网侧绕组NW套装在两个导磁芯柱6上，每个补偿绕组CW位于网侧绕组NW里侧，也套装在两个导磁芯柱6上，每个导磁芯柱6上都套装有一个控制绕组Ctrl。

控制绕组Ctrl每相均有两个线圈，两个线圈串联，各相串联支路再组为并联后又与两只串联电阻支路并联，其并联电路一端与整流及滤波装置相连，另一端电阻中性点接地。

每相补偿绕组CW均为一个线圈，一端与设在油箱外部的整流变3及滤波装置2相连，另一端分别与下一相组成三角形连接结构，三相间形成角接结构

补偿绕组CW外表面上套设有网侧绕组NW，每相网侧绕组NW至少有一组线圈，其一端与输电线相连，另一端直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地；当网侧绕组NW具有两组以上线圈时，组为并联或串联，其一端与输电线相连，另一端与其它相联结后直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地。

本发明中，还包括设在油箱外部的电压、电流、温度、轻重瓦斯、气体压力的传感器和供各传感器信号引出用的端子箱组成的主体部分、整流变3及滤波装置2、控制及检测单元5组成。如图1所示，其中主体部分包括网侧绕组NW、补偿绕组CW和控制绕组Ctrl。网侧绕组NW与输电线路相连，补偿绕组CW与励磁变及滤波装置的输入端相连，控制绕组Ctrl与整流系统的输出端相连，控制及检测单元5分别与主体部分中的与各传感器信号相连的端子箱、整流变3及滤波装置2中的可控硅4及检测设备中的输出端相连，检测设备中的输入端还与输电线路相连。

主体部分为类似多绕组变压器，其中磁路是由2个(单相)或6个(三相)导磁芯柱6和与其组为磁路的左、右旁磁轭，上、下磁轭组成，导磁芯柱上，整流变3及滤波装置2中励磁变压器与补偿绕组CW相连，中间并联滤波器，励磁变压器输出再与可控硅4组连接。其中励磁变压器和可控硅组4组为整流器；采用电容、电感元件组为滤波器，并与励磁变压器一次线圈并联，该滤波器可是5次谐波滤波器、7次谐波滤波器及高次谐波滤波器之一种或其组合。

检测设备用以检测电网中的电压、电流、无功功率及有功功率。

本发明外围设备中还具有自动控制单元，用以通过检测电网参数变化，和从主体部分采集到的各个位置电压量、电流量、温度信号，调节整流滤波装置中晶闸管触发角来改变输入控制绕组的直流励磁电流。

本发明控制原理为：补偿绕组CW通过电磁感应原理由网侧绕组NW得到感应电势，产生交流电流，输入到整流变3及滤波装置2，控制及检测单元5根据检测设备检测到的电网中参数的变化，控制可控硅触发角(触发角的变化范围为0—180°)，从而改变从整流及滤波装置输出至控制绕组的直流励磁电流，控制铁芯磁饱和程度来改变铁芯中的磁导率，即改变了电抗器的电抗值和容量。

本发明包括单相结构和三相结构，其中单相结构如图1所示，为三个单相电抗器组成的三相系统，每相的网侧绕组NW采用单线圈结构，补偿绕组CW也采用单线圈结构，串联组成三角形连接后从a、b、c引出与整流及滤波装置中的励磁变压器输入端相连。第一、二控制绕组Ctrl1、Ctrl2采用串联结构。串联后的单相绕组又互相并联，其一端与串联电阻并联，且串联电阻中性点接地，另一端d、e与整流装置的直流输出端相连。三相网侧绕组分别与三相输电线路相连，补偿绕组的a、b、c端分别与整流及滤波装置2、3的输入端相连，整流及滤波装置的输出端分别与控制绕组的d、e端相连，执行单元的可控硅组4部分与控制及检测系统5相连，根据信号反馈触发控制脉冲控制可控硅的开断。控制及检测系统5的输入端与网侧绕组NW的电压电流检测互感器相连，其输出端与执行单元相连。可控硅组4分别与三个单相电抗器二次信号端子箱输出端子相连，二次信号端子箱之输入端子与设在主体部分中油箱外部的电压、电流、温度、轻重瓦斯、压力之传感器信号输出线相连。本单相结构中的每个电抗器的铁芯采用单相双芯柱双旁轭式，其铁芯和线圈装配关系如图2所示。

三相结构如图3所示，为三相共用一个铁芯组成三相一体的电抗器，网侧绕组NW采用单线圈结构，补偿绕组CW也采用单线圈结构，串联组成三角形连接后从a、b、c引出与整流及滤波装置中的励磁变压器输入端相连。第一、二控制绕组Ctrl1、Ctrl2采用串联结构。串联后的单相绕组又互相并联，其一端与串联电阻并联，且串联电阻中性点接地，另一端d、e与整流装置之直流输出端相连。三相网侧绕组分别与三相输电线路相连，补偿绕组的a、b、c端分别与整流及滤波装置2、3的输入端相连，整流及滤波装置的输出端分别与控制绕组的d、e端相连，执行单元的可控硅部分与控制及检测系统5相连，根据信号反馈触发控制脉冲控制可控硅的开断。控制及检测系统5与网侧绕组NW的电压电流检测互感器相连相连，其输出端与执行相连。可控硅组4与三相电抗器电磁部分二次信号端子箱输出端子相连，二次信号端子箱之输入端子与设在主体部分中油箱外部的电压、电流、温度、轻重瓦斯、压力之传感器信号输出线相连。本三相结构中的电抗器主体部分的铁芯采用三相六芯柱双旁轭式，其铁芯和线圈装配关系如图4所示。

Claims (3)

1.一种交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，其特征在于：包括油箱、设于油箱内的导磁芯柱、为导磁芯柱构成铁芯磁路结构的左、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控制绕组、补偿绕组以及网侧绕组；网侧绕组与输电线路相连，补偿绕组与整流及滤波装置的输入端相连，控制绕组与整流及滤波装置的输出端相连；

每相补偿绕组均为一个线圈，一端与设在油箱外部的整流及滤波装置相连，另一端分别与下一相组成三角形连接结构，三相间形成角接结构；

补偿绕组外表面上套设有网侧绕组，每相网侧绕组至少有一组线圈，其一端与输电线相连，另一端直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地；

当网侧绕组具有两组以上线圈时，组为并联或串联，其一端与输电线相连，另一端与其它相联结后直接接地或与中性点接地电抗器一端相连，中性点接地电抗器另一端接地；

每个网侧绕组套装在两个导磁芯柱上，每个补偿绕组位于网侧绕组里侧，也套装在两个导磁芯柱上，每个导磁芯柱上都套装有一个控制绕组。

2.根据权利要求1所述的交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，其特征在于：控制绕组每相均有两个线圈，两个线圈串联，各相串联支路再组为并联后又与两只串联电阻支路并联，其并联电路一端与整流及滤波装置相连，另一端电阻中性点接地。

3.根据权利要求1所述的交直流励磁的磁饱和式可控并联电抗器，其特征在于：铁芯磁路结构为单相双柱双旁轭或三相六柱双旁轭。

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