CN205542345U - 一种变压器式可控电抗器磁集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力系统动态无功补偿的可控装置技术领域，尤其是涉及一种结构简单、方便制造的变压器式可控电抗器磁集成装置。其特点是包括多个并联的磁集成基本独立单元，所述的磁集成基本独立单元包括上铁轭和下铁轭，上铁轭和下铁轭由第一铁芯、第二铁芯和带气隙的漏磁铁芯连接构成，漏磁铁芯设置在第一铁芯和第二铁芯之间，工作绕组和控制绕组分别对应设置在第一铁芯和第二铁芯上。其结构简单，方便生产制作，能使工作绕组与控制绕组间短路阻抗电压百分值达到100％且各控制绕组间满足“弱耦合”，提高了控制绕组容量利用率。变压器式可控电抗器能够实现无功的快速平滑调节，且谐波含量小。

Description

一种变压器式可控电抗器磁集成装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统动态无功补偿的可控装置技术领域，尤其是涉及一种结构简单、方便制造的变压器式可控电抗器磁集成装置。

背景技术

目前随着我国高电压、长距离输电的大电网发展，对电网的稳定、平衡以及安全提出了更高的要求。变压器式可控电抗器是一种无功补偿装置，可用于限制线路过电压、补偿容性无功、抑制短路过电流等方面，具有响应速度快、谐波小、可平滑调节等优点。现有技术中，一方面变压器式可控电抗器可采用一个多绕组变压器绕组串联电抗的方式来增大短路阻抗，使短路电流抑制在额定值，但这样使设备总容量为电网所需补偿容量的2倍，且各控制绕组间存在较强的磁耦合，导致绕组容量利用率降低；另一方面采用磁集成技术用多种磁导率材料构成变压器式可控电抗器铁芯柱以使短路阻抗增大，通过添加额外铁芯以使控制绕组间磁耦合降低，但这样的结构复杂、不易扩展，且对制作工艺要求大、增加制作难度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种变压器式可控电抗器磁集成装置，有效解决了现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：所述的一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其特点是包括多个并联的磁集成基本独立单元，所述的磁集成基本独立单元包括上铁轭和下铁轭，上铁轭和下铁轭由第一铁芯、第二铁芯和带气隙的漏磁铁芯连接构成，漏磁铁芯设置在第一铁芯和第二铁芯之间，工作绕组和控制绕组分别对应设置在第一铁芯和第二铁芯上。

所述的多个并联的磁集成基本独立单元中的漏磁铁芯的尺寸和气隙大小不同，每个磁集成基本独立单元的工作绕组并联在一起通过端口A和端口X并接在电网上，每个磁集成基本独立单元的控制绕组上设置有C_k1端口和C_k2端口，C_k1端口和C_k2端口之间串接有反并联晶闸管，工作绕组与控制绕组间的短路阻抗增大的同时减小了各控制绕组间的磁耦合。

本实用新型的有益效果是：所述的一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其由多个磁集成基本独立单元组合并联构成，不需要在控制绕组回路串联限流电抗就能达到工作绕组与控制绕组间高短路阻抗的目的，从而将控制绕组的短路电流维持在额定值附近；结构简单、制作难度小，不需要采用多种磁导率铁磁材料构成铁芯，采用基本独立单元组合并联形式将变压器式可控电抗器模块化，不仅减小控制绕组间磁耦合，提高控制绕组容量利用率，还方便拓展，满足实际操作中对容量变化和故障检修的要求。

附图说明

图1为本实用新型整体结构原理示意图；

图2是本实用新型图1的等效电路原理示意图；

图3是本实用新型图1中磁集成基本独立单元结构参数示意图。

图中所示：1.第一铁芯；2.第二铁芯；3.上铁轭；4.下铁轭；5.漏磁铁芯；6.工作绕组；7.控制绕组。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1和2所示，所述的一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其特点是包括多个并联的磁集成基本独立单元，所述的磁集成基本独立单元包括上铁轭3和下铁轭4，上铁轭2和下铁轭4由第一铁芯1、第二铁芯2和带气隙的漏磁铁芯5连接构成，漏磁铁芯5设置在第一铁芯1和第二铁芯2之间，工作绕组6和控制绕组7分别对应设置在第一铁芯1和第二铁芯2上。

所述的多个并联的磁集成基本独立单元中的漏磁铁芯5的尺寸和气隙大小不同，每个磁集成基本独立单元的工作绕组6并联在一起通过端口A和端口X并接在电网上，每个磁集成基本独立单元的控制绕组7上设置有Ck1端口和Ck2端口，Ck1端口和Ck2端口之间串接有反并联晶闸管，工作绕组6与控制绕组7间的短路阻抗增大的同时减小了各控制绕组间的磁耦合。

所述的一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其多个磁集成基本独立单元组合并联可实现各控制绕组之间磁耦合减小，提高控制绕组容量利用率；所述的位于第一铁芯1与第二铁芯2之间带气隙的漏磁铁芯5，通过分磁作用从而可实现工作绕组与控制绕组间的“高阻抗”。所述的磁集成基本独立单元中漏磁铁芯尺寸及其气隙大小不同，满足每个基本独立单元工作绕组与控制绕组间的短路阻抗值不同，进而实现每个磁集成基本独立单元补偿容量不同。图1中，N_k1为第k个磁集成基本独立单元工作绕组BW_k的匝数，N_k2为第k个磁集成基本独立单元控制绕组CW_k的匝数；所有磁集成基本独立单元中工作绕组并联在一起通过端口A、X并接在电网上；C_k1和C_k2为第k个磁集成基本独立单元控制绕组CW_k的两个端口，反并联的晶闸管就接于这两个端口之间；s为功率级数，即磁集成基本独立单元个数。图1中，每一个磁集成基本独立单元中漏磁铁芯的气隙大小不同，可根据每个磁集成基本独立单元工作绕组与控制绕组间的短路阻抗值的要求来确定其漏磁铁芯的气隙大小。

其等效电路原理示意图如图2所示，L_σk1、L_σk2分别为第k个磁集成基本独立单元工作绕组与控制绕组的漏感；L_k1、L_k2分别为第k个磁集成基本独立单元工作绕组与控制绕组所在铁芯柱对应的励磁电感；L_k3为第k个磁集成基本独立单元漏磁铁芯对应的电感。N_k1、N_k2分别为第k个磁集成基本独立单元工作绕组与控制绕组的匝数。图中端口标号与图1相同的端口即为图1所对应的各绕组端口。参见图2，可求得第k个磁集成基本独立单元忽略绕组线阻下短路阻抗表达式：

$Z_{kd}=\mathrm{\ω}\frac{{\left(\frac{N_{k1}}{N_{k2}}\right)}^2{L}_{\mathrm{\σ}k2}\[L_{\mathrm{\σ}k1}(L_{k1}+L_{k2}+L_{k3})+L_{k1}(L_{k2}+L_{k3})\]+L_{\mathrm{\σ}k1}{L}_{k2}(L_{k1}+L_{k3})+L_{k1}{L}_{k2}{L}_{k3}}{{\left(\frac{N_{k1}}{N_{k2}}\right)}^2{L}_{\mathrm{\σ}k2}(L_{k1}+L_{k2}+L_{k3})+L_{k2}(L_{k1}+L_{k3})}$

从短路阻抗表达式可看出通过改变L_k3可使磁集成基本单元中工作绕组与控制绕组间的短路阻抗改变，从而实现“高阻抗”的目的。

具体应用实例，拟设计一台频率f＝50Hz，额定电流有效值为45A，额定电压有效值为220V，匝比1:1的变压器式可控电抗器实验室小容量样机。级数s＝3，即有三个磁集成基本独立单元构成，三个单元额定电流依次为10A、15A、20A。由于匝比为1:1，所以磁集成基本独立单元结构对称，其结构参数如下表1所示：

表1结构参数

由表1中的结构参数可以计算得到所述等效电路原理示意图中电感值如下表2所示：表1中参数代表的物理量参见图3：

表2等效电路原理示意图中电感值

在计算得到所述等效电路原理示意图中电感值后，可以计算得到各绕组短路电流有效值如下表3所示：

表3绕组短路电流有效值

从表3数据中可以看出，各控制绕组短路电流预期额定值基本相同，达到了“高阻抗”的设计要求。已工作的控制绕组短路电流未因后续投入工作的控制绕组而改变，实现了“弱耦合”的设计要求。另外，空载电流为0.72A，为额定电流的1.6％，符合工程设计要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其特征是包括多个并联的磁集成基本独立单元，所述的磁集成基本独立单元包括上铁轭和下铁轭，上铁轭和下铁轭由第一铁芯、第二铁芯和带气隙的漏磁铁芯连接构成，漏磁铁芯设置在第一铁芯和第二铁芯之间，工作绕组和控制绕组分别对应设置在第一铁芯和第二铁芯上。

2.如权利要求1所述的一种变压器式可控电抗器磁集成装置，其特征在于：所述的多个并联的磁集成基本独立单元中的漏磁铁芯的尺寸和气隙大小不同，每个磁集成基本独立单元的工作绕组并联在一起通过端口A和端口X并接在电网上，每个磁集成基本独立单元的控制绕组上设置有C_k1端口和C_k2端口，C_k1端口和C_k2端口之间串接有反并联晶闸管，工作绕组与控制绕组间的短路阻抗增大的同时减小了各控制绕组间的磁耦合。