WO2009152662A1 - 一种自身取能的快速响应可控电抗器 - Google Patents

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钟俊涛
安振
章海庭
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    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Definitions

  • the invention relates to a controllable reactor, in particular to a fast response controllable reactor capable of self-capacitance of reactance value and capacity control by taking power of the grid side winding itself.
  • controllable reactor has no reliable external power supply in the local application, it needs to be realized in the form of extracting energy from itself, and the self-feeding controllable reactor has a large harmonic content by controlling the winding energy. And with the failure of the primary side voltage of the rectifier unit with the increase of the saturation degree of the reactor, the defect of the harmonic content can be overcome by compensating the winding energy, but the voltage drop of the primary side of the rectifier unit is generated.
  • the technical solution adopted by the present invention is:
  • the invention adopts the structure form of the additional third winding, and controls the fast switch and the control unit when the short circuit fault occurs, and satisfies the requirement of the quick response of the controllable reactor in the fault state, and the response time is less than 100ms.
  • the controllable reactor of the invention can obtain the excitation energy for the DC excitation system (including the rectification and filtering unit and the control winding) through the grid side winding itself, taking into account the voltage stability of the grid side winding without the external power source being energized.
  • the voltage source by adjusting the magnitude of the DC excitation current, achieves the stepless controllable requirement of adjusting the reactance, and the capacity is smoothly adjusted from 0-100%; not only can the smoothing of the reactive power of the system be realized, the real flexible power transmission can be realized, and the voltage can be suppressed. Power frequency and operating overvoltage, reducing line loss, greatly improving system stability and safety.
  • the magnetic conductive core column immersed in the oil tank in the embodiment is a single-phase double-column structure, that is, the left and right side yokes and the upper and lower yokes which constitute the magnetic circuit by the one column and the two columns,
  • the third winding 7, the control winding 6, and the grid side winding 5 are arranged on the magnetic core column from the surface of the column to form the main body portion 1; the primary side of the grid side winding 5 is connected to the power transmission line, and the mesh side winding 5 is taken.
  • the tap can be connected to the control winding 6 through the rectifying and filtering unit 2, and the third winding 7 is connected to the fast switch K.
  • the neutral point small reactance is mainly used in the line of the power transmission system, and the main function is to suppress the overvoltage of the system in the fault state and the submerged current when the system is shorted to the ground.
  • the rectifying and filtering unit 2 is externally connected to the energizing tap of the network side winding 5, and the thyristor group in the rectifying and filtering unit 2 is connected to the control unit 4.
  • a detection unit 3 for detecting a power supply parameter is connected to the transmission line, and an output terminal of the collection power supply parameter is connected to the control unit 4.
  • the control unit 4 is respectively connected to three single-phase reactor secondary signal terminal box output terminals, and the secondary signals include: a current signal, a temperature signal, a light and heavy gas, and a pressure relief valve protection. Its output signal lines are connected to the terminal box input.
  • the core of each reactor in this embodiment adopts a single-phase double-column double-side yoke type, and the iron core and coil assembly relationship is as shown in FIG. That is, the surface of the iron core post is arranged on the inner core of one of the magnetic cores (ie, one column) with coils D 16 , K 14 , and ⁇ 12 , and the other magnetic core ( ie , two columns ) is sleeved. Coils D 17 , K 15 , ⁇ 13 .
  • the grid side winding and the control winding can be respectively arranged in a series or parallel structure, and the third winding single phase group is a series structure.
  • the detecting unit 3 is configured to detect voltage, current, reactive power and active power in the power grid.
  • the control unit 4 is composed of a data collection cabinet, a local workstation, a control protection cabinet, an operation cabinet and a transient fault recorder, and is used for detecting voltage parameter changes and voltage signals and current signals of various positions collected from the main body portion 1.
  • the temperature signal adjusts the firing angle of the thyristor in the rectifying and filtering unit 2, and changes the direct current in the control winding 6, that is, the AC power obtained by taking the energy tap of the mesh side winding is supplied to the rectifying and filtering unit 2, through rectification and
  • the filtering unit 2 performs rectification output DC current
  • the control unit 4 automatically controls the trigger angle of the thyristor in the rectifying and filtering unit 2 according to the change of the grid voltage, the reactive power and the active power detected by the detecting unit 3 from the grid (trigger The angular variation range is 0-180°), thereby changing the magnitude of the DC current, that is, changing the DC excitation current set in the control winding 6 of the reactor core, controlling the magnetic saturation of the core
  • the fast switch K In the normal working state of the controllable reactor of the present invention, that is, during the steady state adjustment process, the fast switch K is in the open position, the third winding 7 does not participate in the system operation, and the DC excitation system group works normally; when the detection unit 3 of the system detects The system fault signal, the control unit 4 immediately issues a system command to execute the fast switch K to achieve the AC short circuit state of the third winding 7; at this time, the grid side winding 5 and the third winding 7 have a certain short circuit impedance, the working mode is The high-impedance form reaches a certain inductance value of the controllable reactor; when the fault signal detected by the detecting unit 3 includes single-phase grounding short circuit, three-phase voltage or current imbalance, the DC excitation system immediately exits, and the DC excitation system exits means The control unit sends a control signal to quickly turn off the conduction angle of the thyristor to realize a non-conduction state of the thyristor. At this time, the DC

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Description

一种自身取能的快速响应可控电抗器 技术领域
本发明涉及一种可控电抗器，具体地说是一种通过网侧绕组自身取能实现电抗值和 容量控制的自身取能的快速响应可控电抗器。
背景技术
在当前运行的电网中，当可控电抗器运行在线路上，系统发生故障时（如单相接地）， 需要可控电抗器迅速将容量增大到额定容量状态， 且响应速度要求控制在 100ms以内， 容量不能超过可控电抗器的额定容量， 以满足对过电压和潜供电流的抑制作用的要求， 而现有技术不能满足这一快速响应的系统要求。目前，直流励磁系统的取能有三种方式： 通过外接电源取能、 通过补偿绕组取能以及通过控制绕组自身取能。 如果可控电抗器在 应用当地无可靠外接电源的情况， 就需要以从自身采取抽取能量的形式实现， 而自馈式 可控电抗器通过控制绕组取能的方式存在产生谐波含量较大， 并伴随整流单元一次侧电 压随电抗器饱和程度的增加出现跌落的缺陷，通过补偿绕组取能可以克服谐波含量较大 的缺陷， 但由此会产生整流单元一次侧电压跌落的问题。
发明内容
针对现有技术中可控电抗器的响应速度及控制绕组取能方式上存在的不足之处，本 发明要解决的技术问题是提供一种自身取能的快速响应可控电抗器。
为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是：
本发明快速响应可控电抗器的主体部分线圈具有网侧绕组和控制绕组，所述主体部 分线圈还包括第三绕组，其与控制绕组及网侧绕组由内向外依次套设在主体部分的导磁 芯柱上， 网侧绕组带有取能抽头， 第三绕组两端并联快速开关， 该快速开关的开 /闭状 态由可控电抗器中控制单元的指令信号控制。
所述网侧绕组的取能抽头与可控电抗器的整流及滤波单元中整流变压器的一次线 圈相连， 整流及滤波单元的输出端接至控制绕组； 所述导磁芯柱为单相双柱结构、 单相 单合成芯柱结构、 单相三合成芯柱结构、 三相三柱结构或三相六柱结构。
本发明具有以下有益效果及优点：
1. 控制灵活， 响应时间快。 本发明采用附加第三绕组的结构形式， 在发生短路故 障时， 通过快速开关与控制单元对其实施控制， 满足可控电抗器在故障状态下快速响应 的要求， 响应时间 100ms以内。
2. 自身取能效果好。 本发明可控电抗器在无外接电源取能的情况下， 考虑到网侧绕 组的电压稳定性， 通过网侧绕组自身获得励磁能量用于直流励磁系统 （包括整流及滤波 单元、 控制绕组） 的电压源， 通过调节直流励磁电流的大小， 达到调节电抗的无级可控 要求， 容量由 0-100%平滑调节； 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。
3. 适用范围广。 本发明可应用于 l lOkV以上直至特高压电力系统中， 是至关重要 的无功补偿装置。
附图说明
图 1为本发明结构原理示意图；
图 2为本发明一个实施例的电路原理图；
图 3为本发明实施例中主体部分铁心和线圈装配示意图；
图 4为本发明整流及滤波装置电气原理示意图。
具体实施方式
如图 1所示， 本发明自身取能的快速响应可控电抗器的主体部分 1浸渍于油箱内， 主体部分 1的线圈具有网侧绕组 5和控制绕组 6， 主体部分线圈还包括第三绕组 7， 其 与控制绕组 6及网侧绕组 5由内向外依次套设在主体部分 1的导磁芯柱上， 第三绕组 7 通过开关 K与可控电抗器的控制单元及检测单元相连。 网侧绕组 5具有取能抽头， 控制 绕组 6通过取能抽头与网侧绕组 5相连； 可控电抗器的整流及滤波单元 2接至网侧绕组 5的取能抽头。 可控电抗器的主体部分 1。
如图 3所示， 本实施例中浸渍于油箱内的导磁芯柱为单相双柱结构， 即由 1柱及 2柱构成磁路的左、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第三 绕组 7、控制绕组 6、 网侧绕组 5构成主体部分 1 ; 网侧绕组 5的一次侧与输电线路相连， 网侧绕组 5的取能抽头通过整流及滤波单元 2接至控制绕组 6，第三绕组 7接有快速开关 K, 控制单元 4分别与主体部分 1中与各传感器信号相连的端子箱、 整流及滤波单元的可 控硅、 快速开关、 检测单元的输出端相连， 检测单元 3 的输入端还与输电线路相连； 检 测单元 3 由设于油箱外部的电压传感器、 电流传感器、 温度传感器， 轻重瓦斯传感器、 压力传感器和供各传感器信号引出用的端子箱组成。
如图 2所示， 本实施例以由三个单相电抗器组成的三相电抗器为例。 每相中的网侧 绕组 5为两组线圈 H12、 H13组为并联结构， 控制绕组 6每相均有 K14、 Κ15二个线圈， 相间 同名一组线圈首尾相连， 组成串联支路， 二条支路再并联， 两处并联端点 a、 b分别与 整流及滤波单元 2的输出端相连。 三相 Y接后的网侧绕组 5的线圈 H12、 H13—端分别与 三相输电线路相连， 另一端与小电抗器相连， 小电抗器另一端接地。 该中性点小电抗主 要用于电力传输系统的线路中，主要作用是抑制故障状态下系统的过电压以及限制系统 接地短路时的潜供电流， 当磁控式可控电抗器应用在母线上时， 系统不需要配置该小电 抗。 整流及滤波单元 2外接网侧绕组 5的取能抽头， 整流及滤波单元 2内的可控硅组与 控制单元 4相连。 用于检测电源参数的检测单元 3与输电线路相连， 其汇集电源参数的 输出端接至控制单元 4。 控制单元 4分别与三个单相电抗器二次信号端子箱输出端子相 连， 所述二次信号包括： 电流信号、 温度信号、 轻重瓦斯、 压力释放阀保护。 其各输出 信号线与端子箱输入端相连。 本实施例中的每个电抗器的铁心采用单相双柱双旁轭式， 其铁心和线圈装配关系如图 3所示。 即铁芯柱表面从里向外依次在一个导磁芯柱上（即 1 柱） 套设有线圈 D16、 K14、 Η12， 另一个导磁芯柱上 （即 2柱） 套设有线圈 D17、 K15、 Η13。 网 侧绕组和控制绕组可分别组为串联或并联结构， 第三绕组单相组为串联结构。
如图 4所示， 所述整流及滤波单元 2中的整流变压器一次线圈与网侧绕组取能抽头 相连， 整流变压器一次侧与取能抽头之间并联滤波器， 整流变压器的二次线圈与可控硅 组连接； 整流变压器和可控硅组实现整流； 滤波由电容器和电感实现， 并与整流变压器 一次线圈并联； 所述滤波器可为 3次谐波滤波器、 5次谐波滤波器及高次谐波滤波器中 的一种或其组合。
所述检测单元 3用以检测电网中的电压、 电流、 无功功率及有功功率。
所述控制单元 4 由数据采集柜、 当地工作站、 控制保护柜、 操作柜及暂态故障录波 柜组成， 用以通过检测电网参数变化和从主体部分 1采集到的各个位置电压信号、 电流 信号以及温度信号去调节整流及滤波单元 2中晶闸管的触发角， 改变控制绕组 6中的直 流电流，也就是将通过网侧绕组取能抽头得到的交流电源提供给整流及滤波单元 2，通过 整流及滤波单元 2进行整流输出直流电流， 控制单元 4根据检测单元 3从电网中检测到 的电网电压、 无功功率和有功功率的变化， 自动控制整流及滤波单元 2 中可控硅的触发 角 （触发角变化范围为 0— 180° )， 从而改变此直流电流的大小， 即改变套设在电抗器铁 心中控制绕组 6 内的直流励磁电流， 控制铁心磁饱和程度， 改变铁心中磁导率， 即改变 了电抗器的电抗值和容量。
本发明可控电抗器的第三绕组 7用于在系统故障状态下， 通过快速开关 Κ迅速合闸， 实现将第三绕组短路， 同时将直流励磁系统 （包括整流及滤波单元 2、 控制绕组 6 ) 全部 断开， 即控制绕组 7此时不参与工作而改为第三绕组参与系统工作； 而在正常工作时， 第三绕组不参与工作， 控制绕组参与工作， 快速开关 K满足本发明可控电抗器在故障状 态下快速响应的要求， 响应时间在 50ms以内。
本发明可控电抗器在正常工作状态下， 即稳态调节过程中， 快速开关 K处于开位置， 第三绕组 7不参与系统工作， 直流励磁系统组正常工作； 当系统的检测单元 3检测到系 统故障信号， 控制单元 4立即发出系统指令执行快速开关 K闭合， 实现第三绕组 7的交 流短路状态； 此时网侧绕组 5与第三绕组 7之间具有一定的短路阻抗， 该工作方式以高 阻抗形式将可控电抗器达到一定的电感数值； 当检测单元 3检测到的故障信号包括单相 接地短路、 三相电压或电流不平衡时， 直流励磁系统立即退出， 直流励磁系统退出是指 控制单元发出控制信号将晶闸管的导通角迅速关闭， 实现晶闸管不导通状态， 此时直流 励磁电流为零， 控制绕组不参与工作；
快速开关， 可以选用高压化硫断路器， 型号： LW24-40. 5 ; 满足本发明可控电抗器在 故障状态下快速响应的要求， 响应时间 50ms以内。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种自身取能的快速响应可控电抗器， 其主体部分线圈具有网侧绕组和控制绕 组， 其特征在于： 所述主体部分 （1 ) 线圈还包括第三绕组 （7)， 其与控制绕组 （6) 及 网侧绕组 （5) 由内向外依次套设在主体部分 （1 ) 的导磁芯柱上， 网侧绕组带有取能抽 头， 第三绕组 （7 ) 两端并联快速开关 （K)， 该快速开关 （Κ) 的开 /闭状态由可控电抗 器中控制单元 （3) 的指令信号控制。
2. 按权利要求 1所述的自身取能的快速响应可控电抗器， 其特征在于： 所述网侧 绕组 （5) 的取能抽头与可控电抗器的整流及滤波单元（2) 中整流变压器的一次线圈相 连， 整流及滤波单元 （2) 的输出端接至控制绕组 （6)。
3. 按权利要求 1所述的自身取能的快速响应可控电抗器， 其特征在于： 所述导磁 芯柱为单相双柱结构、 单相单合成芯柱结构、 单相三合成芯柱结构、 三相三柱结构或三 相六柱结构。
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