CN202759249U

CN202759249U - 磁控并联电抗器

Info

Publication number: CN202759249U
Application number: CN 201220420997
Authority: CN
Inventors: 李长友
Original assignee: Dalian No2 Instrument Transformer Co Ltd
Current assignee: Dalian No2 Instrument Transformer Co Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2022-08-23

Abstract

磁控并联电抗器，电抗器与电网并联连接，电抗器中的绕组与直流励磁单元中的晶闸管连接，直流励磁单元与控制单元连接，电流互感器和电压互感器与电网串联并与控制单元连接，电抗器由两个完全相同的前器身Ⅰ和后器身Ⅱ组成双三柱铁心器身，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ通过上横轭铁心及下横轭铁心相连接，前后器身的六个铁心心柱上分别套装绕组。本结构可使晶闸管在电源电压的一个工频周期里分别触发导通，从而通过横轭为控制磁通提供流通回路，使工作心柱磁饱和，通过调节晶闸管导通角，可改变直流控制电流的大小和相应的铁心磁饱和度，从而使电抗器的容量能够连续可调。不用外加直流电源可对电抗器的容量直接进行调节，结构简单、操作方便、安全可靠。

Description

磁控并联电抗器

技术领域

本实用新型涉及一种用于电网中无功补偿的电力设备，具体说涉及电力设备使用的一种磁控并联电抗器。

背景技术

并联电抗器是电网运行中进行无功补偿的常用电气设备。目前使用的并联电抗器多为容量不可调，不能随着系统无功的变化而改变其容量。虽然TCR（晶闸管控制电抗器）可以实现容量连续可调，但由于运行时产生较大谐波、且成本高、占地面积大、维护不便等缺点限制了该产品的发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有并联电抗器及其他无功补偿设备所存在的缺陷，而提供一种具有自耦直流励磁，操作调节方便、结构简单的磁控并联电抗器。

采用的技术方案是：

磁控并联电抗器，包括电抗器、控制单元、直流励磁单元、电流互感器CT和电压互感器PT。所述的电抗器与电网并联，电抗器的输入端A、输入端B、输入端C与电网连接，电抗器的输出端X、输出端Y、输出端Z接地。电抗器中绕组的抽头输出端与直流励磁单元的交流输入端连接，直流励磁单元的触发端与控制单元的输出端连接。电流互感器CT与电网串联，电流互感器CT的输出端与控制单元连接；电压互感器PT与电网并联，电压互感器PT输出端与控制单元连接。

上述的直流励磁单元由晶闸管VT1、晶闸管VT2、续流二极管VD构成；电抗器由两个前后对称的铁心构成完全相同的双三柱器身，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ通过上横轭铁心及下横轭铁心相连接。前器身Ⅰ的三个铁心芯柱上分别套装第一绕组、第二绕组和第三绕组。后器身Ⅱ的三个铁心芯柱上分别套装第四绕组、第五绕组和第六绕组。每个绕组均分为上半段和下半段，上半段和下半段绕组的绕向和匝数均相同。前器身Ⅰ上半段绕组和后器身Ⅱ下半段绕组均带有一定匝数比的抽头，抽头外接直流励磁单元中的晶闸管VT1和VT2。前器身Ⅰ和后器身Ⅱ相对应铁心芯柱的上下两个绕组交叉连接。

上述的铁心芯柱上具有多段小截面，上横轭铁心与上轭铁心之间及下横轭铁心与下轭铁心之间放有绝缘板。

上述的绕组接线采用三角形连接方式，即电抗器的输入端A与输出端Z连接，电抗器的输入端B与输出端X连接，电抗器的输入端C与输出端Y连接,前后器身铁心芯柱所套绕组均分为上半段和下半段,前器身铁心芯柱分别套有的第一绕组、第二绕组、第三绕组，其绕组上半段具有抽头kA1、kB1、kC1、dA1、dB1、dC1，下半段具有抽头dA2、dB2、dC2，后器身铁心芯柱分别套有第四绕组、第五绕组、第六绕组，其绕组上半段具有抽头dA2、dB2、dC2，下半段具有抽头dA1、dB1、dC1、kA2、kB2、kC2，前器身的第一绕组上半段抽头dA1与后器身的第四绕组的下半段抽头dA1相连接，第一绕组下半段抽头dA2与后器身的第四绕组的上半段抽头dA2相连接，前器身的第二绕组上半段抽头dB1与后器身的第五绕组的下半段抽头dB1相连接，第二绕组下半段抽头dB2与后器身的第五绕组的上半段抽头dB2相连接，前器身的第三绕组上半段抽头dC1与后器身的第六绕组的下半段抽头dC1相连接，第三绕组下半段抽头dC2与后器身的第六绕组的上半段抽头dC2相连接。

本实用新型的优点是：

1、由于本实用新型独特的铁心结构，使得双三柱铁心绕组上连接的晶闸管在电源电压的一个工频周期里分别触发导通，从而通过横轭为控制磁通提供流通回路，使工作心柱磁饱和。通过调节晶闸管导通角，可以改变直流控制电流的大小和相应的铁心磁饱和度，从而使得电抗器的容量能够无级连续可调。本实用新型不用外加直流电源就可对电抗器直接进行调节，结构简单、操作方便、安全可靠。

2、由于本实用新型的铁心芯柱具有多段小截面，在电抗器工作时只有心柱的部分区域铁心饱和，而其它区域铁心处于不饱和状态，因此使本实用新型的损耗低、噪音低、谐波含量低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中电抗器的结构示意图。

图3是图2的左视图。

图4是图2的俯视图。

图5是本实用新型中电抗器绕组的接线原理图。

图6是铁心中交流磁通与直流磁通的分布示意图。

图7是控制系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做具体描述。

磁控并联电抗器，是根据磁饱和原理，借助控制回路的直流控制电流来激磁改变铁心的磁饱和度，从而达到平滑调节无功输出的目的。通过控制连接在控制回路中的晶闸管导通角大小，可以无级连续调节电抗器容量，以达到最佳补偿效果，是无功补偿领域未来的发展趋势。如图1、图2、图3、图4和图5所示：磁控并联电抗器包括电抗器13、控制单元14、直流励磁单元15、电流互感器CT和电压互感器PT，所述的电抗器13与电网并联，电抗器13的输入端A、输入端B、输入端C与电网连接，电抗器13的输出端X、输出端Y、输出端Z接地，电抗器13中绕组的抽头输出端与直流励磁单元15的输入端连接，直流励磁单元15的触发端与控制单元14的输入端连接，电流互感器CT与电网串联，电流互感器CT的输出端与控制单元14连接，电压互感器PT与电网并联，电压互感器PT输出端与控制单元14连接；直流励磁单元15由晶闸管VT1、晶闸管VT2、续流二极管VD构成；电抗器13由两个完全相同的前器身Ⅰ和后器身Ⅱ组成双三柱铁心器身，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ通过上横轭铁心10及下横轭铁心11相连接，前器身Ⅰ的三个铁心芯柱7上分别套装第一绕组1、第二绕组2、第三绕组3，后器身Ⅱ的三个铁心芯柱7上分别套装第四绕组4、第五绕组5、第六绕组6，绕组均分为上半段和下半段，上半段和下半段绕组的绕向和匝数均相同，前器身Ⅰ上半段绕组和后器身Ⅱ下半段绕组均带有一定匝数比的抽头，抽头外接直流励磁单元15中的晶闸管VT1和VT2，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ相对应铁心芯柱7的上下两个绕组交叉连接，铁心芯柱7上具有多段小截面，上横轭铁心10与上轭铁心8之间及下横轭铁心11与下轭铁心9之间放有绝缘板12。由图1中可知，电抗器13中的绕组分别为直流控制单元15中的晶闸管VT1和VT2提供自耦交流工作电压。晶闸管VT1和VT2在控制单元14输出的触发信号的作用下轮流导通与截止，向电抗器13中的绕组中注入直流电流，使绕组中交流电流的大小受到所注入的直流电流大小的控制，由此实现电抗值可调、可控。电流互感器CT和电压互感器PT将采集到的电抗器13输出的电流、电压信号输送给控制单元14，作为控制单元14判断控制直流励磁单元15中的晶闸管VT1和VT2导通角度大小的依据，进而实现对电抗器的自动控制。所述控制单元采用单片机常规控制方式，单片机采用的型号为PIC16F870。

所述铁心芯柱7上具有多段小截面，小截面面积为正常截面的1/2，按实际计算小截面长度，以长度为10~25mm，间隔为40~80mm交错均布在铁心心柱7上。铁心芯柱7为圆形截面，上轭铁心8和下轭铁心9为矩形或圆形截面，上横轭铁心10及下横轭铁心11为矩形截面。铁心芯柱7、上轭铁心8、下轭铁心9、上横轭铁心10及下横轭铁心11的片形各不相同。铁心芯柱7、上轭铁心8、下轭铁心9单独叠制，有单独的夹紧件夹紧。上横轭铁心10、下横轭铁心11单独叠制，有单独的夹紧件夹紧。夹紧件与铁心之间放置绝缘板。上横轭铁心10与上轭铁心8之间也用绝缘板隔开，下横轭铁心11与下轭铁心9之间也用绝缘板隔开，不形成短接。前后器身铁心单独接地，上横轭铁心10及下横轭铁心11单独接地。

所述绕组由电磁线绕制，第一绕组1、第二绕组2、第三绕组3、第四绕组4、第五绕组5、第六绕组6分别套装在铁心芯柱7上，每一芯柱上的绕组又分为上下两段，上段绕组的尾端和下段绕组的首端由端子引出，作为直流控制电源的输入端。绕组具体结构与接线原理如图5所示，绕组接线采用三角形连接方式，即电抗器13的输入端A与输出端Z连接，电抗器13的输入端B与输出端X连接，电抗器13的输入端C与输出端Y连接,前后器身铁心心柱所套绕组均分为上半段和下半段,前器身铁心心柱分别套有第一绕组1、第二绕组2、第三绕组3，其绕组上半段具有抽头kA1、kB1、kC1、dA1、dB1、dC1，下半段具有抽头dA2、dB2、dC2，后器身铁心心柱分别套有第四绕组4、第五绕组5、第六绕组6，其绕组上半段具有抽头dA2、dB2、dC2，下半段具有抽头dA1、dB1、dC1、 kA2、kB2、kC2，前器身的第一绕组1上半段抽头dA1与后器身的第四绕组4的下半段抽头dA1相连接，第一绕组1下半段抽头dA2与后器身的第四绕组4的上半段抽头dA2相连接，前器身的第二绕组2上半段抽头dB1与后器身的第五绕组5的下半段抽头dB1相连接，第二绕组2下半段抽头dB2与后器身的第五绕组5的上半段抽头dB2相连接，前器身的第三绕组3上半段抽头dC1与后器身的第六绕组6的下半段抽头dC1相连接，第三绕组3下半段抽头dC2与后器身的第六绕组6的上半段抽头dC2相连接。

图7为本实用新型中自动控制系统的控制流程图。其中：高压电压互感器PT和电流互感器CT检测的系统电压信号U、I经各自的模/数转换电路A/D转换后成为数字信号，输入到单片机CPU中进行运算，若运算的结果符合正常运行要求，则由触发脉冲形成电路发出触发脉冲，晶闸管VT被触发导通，为磁控电抗器提供励磁电流，使磁控电抗器处于受控状态；若CPU运算的结果为系统故障，则立即封锁触发脉冲形成电路，强迫晶闸管VT关断，使磁控电抗器迅速退保和呈现高阻抗，实现自保。保护电路的作用是在正常运行状态下实时监测晶闸管VT的工作状态，使其可靠工作，保证本实用新型稳定可靠运行，降低其故障率。

磁控并联电抗器的工作原理

磁控电抗器是利用直流电流的变化来改变铁心的磁特性和磁状态工作点，进而控制和改变交流绕组的感抗和交流回路的参数。

铁心电抗器的电抗值可由下式确定：

式中：ω表示角频率；N表示绕组匝数；l表示磁路长度；μ表示铁心磁导率。当电抗器铁心的几何尺寸和绕组参数一定时，电抗值仅与铁心磁导率有关。通过改变直流励磁电流的大小，即可改变μ的大小，实现电抗值的改变。图6所示为交流磁通和直流磁通在铁心中的工作情况，可见交流磁通只存在于前器身铁心Ⅰ和后器身铁心Ⅱ中，而直流磁通则借助于上下横轭铁心10和11提供的通道存在于前器身铁心Ⅰ和后器身铁心Ⅱ中相对应芯柱所构成的磁路中。由于直流磁通的方向是固定不变的，对于同一个芯柱，在交流电的一个周期内，必然存在交流磁通与直流磁通方向相反而互相抵消的时刻，并且直流磁通越强，交流磁通相对越弱，则电抗器的感抗越小。所以通过调节直流励磁电流的大小，即可实现电抗值的连续调节。

本实用新型可分油浸式和环氧树脂浇注干式两种，油浸式适用于户外或户内，也适用大容量高电压产品；环氧树脂浇注干式适用于户内，也适用具有防火、防潮、防爆等特殊场合。干式磁控并联电抗器绕组采用F级或H级绝缘耐热等级材料绕制，经真空压力浸渍或环氧树脂真空浇注加工工艺制成。油浸式磁控并联电抗器绕组是采用绝缘耐热等级为A级的材料绕制，将组装好的磁控并联电抗器外面加有保护油箱，油箱内部装满变压器绝缘油，经一定加工工艺实现。油浸式和干式磁控并联电抗器的器身结构、铁心结构和绕组接线原理是相同的。

Claims

1.磁控并联电抗器，包括电抗器（13）、控制单元（14）、直流励磁单元（15）、电流互感器CT和电压互感器PT，其特征在于所述的电抗器（13）与电网并联，电抗器（13）的输入端A、输入端B、输入端C与电网连接，电抗器（13）的输出端X、输出端Y、输出端Z接地，电抗器（13）中绕组的抽头输出端与直流励磁单元（15）的输入端连接，直流励磁单元（15）的触发端与控制单元（14）的输入端连接，电流互感器CT与电网串联，电流互感器CT的输出端与控制单元（14）连接，电压互感器PT与电网并联，电压互感器PT输出端与控制单元（14）连接。

2.根据权利要求1所述的磁控并联电抗器，其特征在于所述的直流励磁单元（15）由晶闸管VT1、晶闸管VT2、续流二极管VD构成；电抗器（13）由两个完全相同的前器身Ⅰ和后器身Ⅱ组成双三柱铁心器身，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ通过上横轭铁心（10）及下横轭铁心（11）相连接，前器身Ⅰ的三个铁心芯柱（7）上分别套装第一绕组（1）、第二绕组（2）、第三绕组（3），后器身Ⅱ的三个铁心芯柱（7）上分别套装第四绕组（4）、第五绕组（5）、第六绕组（6），绕组均分为上半段和下半段，上半段和下半段绕组的绕向和匝数均相同，前器身Ⅰ上半段绕组和后器身Ⅱ下半段绕组均带有一定匝数比的抽头，抽头外接直流励磁单元（15）中的晶闸管VT1和VT2，前器身Ⅰ和后器身Ⅱ相对应铁心心柱（7）的上下两个绕组交叉连接。

3.根据权利要求1所述的磁控并联电抗器，其特征在于所述的铁心芯柱（7）上具有多段小截面，上横轭铁心（10）与上轭铁心（8）之间及下横轭铁心（11）与下轭铁心（9）之间放有绝缘板（12）。

4.根据权利要求1所述的磁控并联电抗器，其特征在于所述的绕组接线采用三角形连接方式，即电抗器（13）的输入端A与输出端Z连接，电抗器（13）的输入端B与输出端X连接，电抗器（13）的输入端C与输出端Y连接,前后器身铁心心柱所套绕组均分为上半段和下半段,前器身铁心心柱分别套有第一绕组（1）、第二绕组（2）、第三绕组（3），其绕组上半段具有抽头kA1、kB1、kC1、dA1、dB1、dC1，下半段具有抽头dA2、dB2、dC2，后器身铁心心柱分别套有第四绕组（4）、第五绕组（5）、第六绕组（6），其绕组上半段具有抽头dA2、dB2、dC2，下半段具有抽头dA1、dB1、dC1、 kA2、kB2、kC2，前器身的第一绕组（1）上半段抽头dA1与后器身的第四绕组（4）的下半段抽头dA1相连接，第一绕组（1）下半段抽头dA2与后器身的第四绕组（4）的上半段抽头dA2相连接，前器身的第二绕组（2）上半段抽头dB1与后器身的第五绕组（5）的下半段抽头dB1相连接，第二绕组（2）下半段抽头dB2与后器身的第五绕组（5）的上半段抽头dB2相连接，前器身的第三绕组（3）上半段抽头dC1与后器身的第六绕组（6）的下半段抽头dC1相连接，第三绕组（3）下半段抽头dC2与后器身的第六绕组（6）的上半段抽头dC2相连接。