國(guó)內(nèi)外可控電抗器的分類及其作用

    國(guó)內(nèi)外可控電抗器的分類及其作用
    1、調(diào)匝式可控電抗器[5]改變電抗器繞組的匝數(shù)是一種有效的改變電抗地方法，匝數(shù)的很小改變可導(dǎo)致電抗值較大的改變。這種方法可用于調(diào)節(jié)線路的最大無(wú)功功率和最高電壓。

    實(shí)際工程中，常利用變壓器的有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)來(lái)改變?cè)褦?shù)，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率。電抗器部分繞組的連接和切斷過(guò)程與變壓器的基本相同，不同之處在于變壓器的分接開(kāi)關(guān)僅改變繞組比，而電抗器的無(wú)功功率受繞組匝數(shù)比的影響很大。如果忽略繞組區(qū)內(nèi)漏磁通的影響，無(wú)功功率在恒定電壓下將間接與匝數(shù)平方成正新型調(diào)電路式可控電抗器的研究比。這就是意味著在相等匝數(shù)下功率隨斷開(kāi)級(jí)數(shù)的上升而上升。通過(guò)調(diào)節(jié)不同級(jí)的不等匝數(shù)，可以近似獲得相等的無(wú)功功率。

    2、晶閘管控制變壓器型可控電抗器
    晶閘管控制變壓器型可控電抗器的原理圖如圖1.1所示。其中高壓主繞組1和低壓控制繞組2之間的漏抗電壓為100％，K為雙向晶閘管，改變它們的導(dǎo)通角，可使電抗器在極小的勵(lì)磁容量到全容量之間平滑變動(dòng)，電抗值可在開(kāi)路電抗與短路電抗間調(diào)節(jié)。繞組2的電壓很低，故晶閘管的選擇比較容易。圖1.1中的3為補(bǔ)償繞組，它與其他兩相的相應(yīng)繞組接成三角形，以便為3及其奇數(shù)倍次諧波電流提供通道而不使其注入電網(wǎng)。這種電抗器的特點(diǎn)是其響應(yīng)時(shí)間極短，只有0.01s，可在超高壓電網(wǎng)中應(yīng)用。但是由于必須采用濾波裝置，且損耗很大，故它的使用范圍受到限制。

    3、直流助磁式可控飽和型電抗器
    圖1.2所示的為一種直流助磁式可控電抗器(Controlled Saturant Reactor, CSR)。中間主鐵心柱一分為二，分別繞以上、下兩個(gè)繞組，中間部分交叉連接。此外，另有兩個(gè)繞組由外接電源和晶閘管供電，由此產(chǎn)生的直流助磁在兩個(gè)分裂鐵心柱內(nèi)自我閉合而不向邊柱鐵心流出。改變晶閘管的導(dǎo)通角，即可改變直流助磁繞組的電流大小，從而通過(guò)改變分裂鐵心柱的飽和程度來(lái)調(diào)節(jié)電抗器的容量。這種可控電抗器克服了TCT的上述缺陷，控制策略易于實(shí)現(xiàn)，控制精度高，控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)速度快，在超高壓電力系統(tǒng)中已有成功應(yīng)用的范例，但是它的缺點(diǎn)是有功損耗比較大。

    4、磁閥式可控電抗器
    可以改變交直流控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心截面段的飽和程度，平滑連續(xù)調(diào)節(jié)電抗器的容量。磁閥式可控電抗器制造工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，對(duì)于提高電網(wǎng)的輸電能力調(diào)整電網(wǎng)電壓，補(bǔ)償無(wú)功功率，以及限制過(guò)電壓都有非常大的應(yīng)用潛力。

    5、多并聯(lián)支路可控電抗器
    如圖1.4所示，多并聯(lián)支路可控電抗器是在TCT的基本接線方式基礎(chǔ)上，采用多繞組低壓并聯(lián)電抗器和串聯(lián)可控整流方式。它保持了TCT高速響應(yīng)的特點(diǎn)，但不必采用濾波裝置，同時(shí)損耗也減少了，呈現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。研究表明[7]，采用高漏抗的變壓器，在其低壓側(cè)設(shè)置若干雙向可控的并聯(lián)電感支路，并依次逐步開(kāi)通投入，可將諧波電流抑制到容許水平以下。 

    6、裂芯式可控電抗器
    三相超高壓裂芯式可控電抗器(Split Core Type Thyristor Controlled Reactor,
新型調(diào)電路式可控電抗器的研究SCTTCR)主繞組的結(jié)構(gòu)布置如圖1.5所示(分裂鐵心及組未畫出)。它由兩個(gè)并聯(lián)的三相繞組單元組成，其中兩個(gè)閉合三角繞組用以消除3及其奇倍數(shù)的諧波電流，左、右單元的三相繞組間分別為右旋和左旋Z形接線，借以抑制5、7次及其倍數(shù)次諧波電流。電抗器的工作鐵心分裂為兩半，匝數(shù)各為Ny的兩個(gè)直流控制繞組(助磁繞組)分別套在半鐵心柱上，所產(chǎn)生的直流磁通在兩上半鐵心自成回路，交流工作繞組N繞在整體的兩個(gè)鐵心柱上。所產(chǎn)生的交流磁通通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)半鐵心和旁軛閉合�？刂评@組由電壓為Ny的直流電源供電，調(diào)節(jié)Ny的大小以改變鐵心的磁飽和度，可以平滑地改變電抗器的容量。該電抗器具有優(yōu)良的補(bǔ)償性能，能大幅度地限制線路操作過(guò)電壓，在電力系統(tǒng)中已成功地得到應(yīng)用。

    7、調(diào)氣隙式可控電抗器
    圖1.6為作連續(xù)調(diào)節(jié)式消弧線圈的調(diào)氣隙式可控電抗器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。中心部分的鐵心柱呈圓柱形，分割為上、下兩部分。用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸來(lái)控制其上、下運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)磁路的氣隙尺寸，導(dǎo)致鐵心內(nèi)的磁通改變，達(dá)到連續(xù)改變消弧線圈電抗值的目的，同時(shí)，使調(diào)節(jié)范圍也大為增加。鐵軛量呈放射狀布置在圓柱形鐵心的四周。調(diào)氣隙式可控電抗器目前主要用作消弧線圈，由于它不需要切換分接抽頭，所以不會(huì)在油箱內(nèi)產(chǎn)生電弧，造成油的污染，使運(yùn)行維護(hù)大大簡(jiǎn)化，并且整個(gè)外形尺寸較小。
 
    8、超導(dǎo)型可控電抗器
    超導(dǎo)型可控電抗器(Super-Conducting Type Controlled Reactor, SCTCR)是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)(S)/正常(N)態(tài)的轉(zhuǎn)變特性。線路正常時(shí)，超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)，具有零電阻和完全排磁通效應(yīng)(邁斯納效應(yīng))，裝置阻抗很低；在發(fā)生短路故障時(shí)，它轉(zhuǎn)為常態(tài)，具有一定的電阻，失去完全排磁通效應(yīng)，使裝置阻抗迅速增大以限制短路電流。超導(dǎo)型可控電抗器有飽和鐵心電抗器型、磁通鎖型、變壓器型、三相電抗器型、超導(dǎo)限流變壓器型、混合型、磁屏蔽感應(yīng)型以及橋路型等結(jié)構(gòu)形式。SCTCR集檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和限流于一體，響應(yīng)速度快，且具有自恢復(fù)功能，與其它裝置相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，是一種理想的限流裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。

    9、變耦式可控電抗器
    變耦電抗裝置是一種串聯(lián)型的裝置，其原理接線如圖1.7所示[8]。三相串聯(lián)互
感器T1和它T2的一次側(cè)串聯(lián)后接入同一三相輸電線路中，二次側(cè)經(jīng)晶閘管開(kāi)關(guān)裝置聯(lián)接，晶閘管開(kāi)關(guān)裝置可以改變兩個(gè)串聯(lián)互感器二次側(cè)的聯(lián)結(jié)組別或任意一個(gè)二次繞組匝數(shù)，進(jìn)改變每個(gè)互感器的磁耦合。當(dāng)電流經(jīng)過(guò)兩個(gè)互感器一次側(cè)時(shí)，將在鐵心中產(chǎn)生自感磁通。二次側(cè)繞組中的感應(yīng)電流將產(chǎn)生互感磁通。一次繞組的電流一定時(shí)，自感磁通不變，但二次繞組的電流大小和相位可以通過(guò)控制晶閘管開(kāi)關(guān)裝置來(lái)改變，故鐵芯中的互感磁通和合成磁通也改變，從而改變了每個(gè)互感器一次側(cè)的等效電抗。

    變耦式可控電抗的互感器鐵心可設(shè)計(jì)成帶有氣隙，因而可以認(rèn)為正常工作范圍內(nèi)的磁路是線性的，晶閘管開(kāi)關(guān)只在電流過(guò)零時(shí)換接，電流波形是正弦波，只在過(guò)零時(shí)有極小缺口，波形分解后諧波含量甚微，可認(rèn)為無(wú)高次諧波，可以且必須與電容串聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)在容性和感性范圍內(nèi)的電抗調(diào)節(jié)，因具有串聯(lián)諧振特點(diǎn)，變耦式可控電抗特別適用于高壓輸電線路可控串聯(lián)補(bǔ)償。變耦式可控電抗調(diào)節(jié)性新型調(diào)電路式可控電抗器的研究能線性度較好，可控參數(shù)多，可根據(jù)需要選取，用于輸電線路功率調(diào)節(jié)時(shí)，可采取微小措施來(lái)均勻分級(jí)；另外，變耦式電抗式可控串補(bǔ)與可控串聯(lián)電容補(bǔ)償器(Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC)相比可大幅度降低所需要電抗器(或互感器)和電容器設(shè)備容量，并降低設(shè)備費(fèi)用，特別適用于高壓輸電線路的容性串聯(lián)補(bǔ)償。正常運(yùn)行時(shí)無(wú)高次諧波。

    10、晶閘管控制電抗器
    晶閘管控制電抗器(TCR)通常采用相控的方式，改變的是電壓和電流的關(guān)系，從而改變的是其等效電抗。進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，TCR由于自身的優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。在本論文中提出的調(diào)電路式可控電抗器包括多并聯(lián)支路可控電抗器、無(wú)級(jí)連續(xù)可控電抗器、分段式可控電抗器。