降低變電站無功補(bǔ)償裝置損耗的研究

摘? 要：目前，變電站內(nèi)10 kV線路上出現(xiàn)了磁控電抗器+電容器補(bǔ)償裝置+固定電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償、平衡電壓的方式。但在實(shí)際運(yùn)行中，磁控電抗器自動(dòng)投切的模式中出現(xiàn)了諧波含量大、損耗偏高和響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此，應(yīng)改變磁控電抗器本身相序的排列結(jié)構(gòu)，并結(jié)合電抗器的工作原理，達(dá)到降低無功補(bǔ)償裝置損耗含量的目的，從而提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償裝置;磁控電抗器;損耗含量;直流磁通回路

中圖分類號(hào)：TM761+.1???????? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? ????????????文章編號(hào)：2095-6835（2014）23-0026-02

目前，電力系統(tǒng)正在提高配網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、功率因數(shù)和能源利用率。因此，如何解決10 kV配網(wǎng)中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入時(shí)產(chǎn)生的損耗是變電站一直關(guān)注的問題。大部分變電站采用了固定電容器串聯(lián)固定電抗平衡母線電壓、實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，但是實(shí)際效果較差，且自身的損耗造成大部分裝置處于熱備用狀態(tài)。采用磁閥式可控電抗器與電容器組配合使用，可解決固定電容器、可投切電容器組容量無法調(diào)節(jié)或無法連續(xù)調(diào)節(jié)的問題。磁閥式可控電抗器可平滑地調(diào)節(jié)輸出容量，它與電容器配合后，無功從容性到感性連續(xù)可調(diào)，靈活性高。從磁控電抗器裝置的數(shù)據(jù)看，磁控電抗器運(yùn)行在半飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài)時(shí)，本身的損耗含量、諧波含量較大，易造成電抗器溫度過高，這會(huì)造成電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定。因此，如何解決磁控電抗器運(yùn)行時(shí)的損耗是無功補(bǔ)償裝置研究中的熱點(diǎn)問題。

1? 變電站無功補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/p>

當(dāng)電容器投入時(shí)，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的容量，可實(shí)現(xiàn)母線上的無功平衡，并保證功率因數(shù)>0.95;當(dāng)饋線運(yùn)行結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，感性無功增大，此時(shí)可切除一組電容組，并調(diào)節(jié)磁控電抗器的容量，以保證電壓平衡。變電站內(nèi)電抗器和固定電容器的一次原理如圖1所示。單相磁控電抗器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1? 磁控電抗器與固定電容器的一次接線

圖2? 可控電抗器的結(jié)構(gòu)和電氣連接

從圖中2可以看出，磁控電抗器為三相六柱結(jié)構(gòu)，每相一

柱鐵芯分裂為每相由兩柱鐵芯并列，且每個(gè)鐵芯的繞組又分為上、下2個(gè)相同匝數(shù)（N/2）的繞組，并將不同鐵芯柱上的上、下繞組交叉連接，最后并聯(lián)至電網(wǎng)電源e（t）=sin（ωt）。為了獲得直流偏磁的電源，該結(jié)構(gòu)在同一鐵芯的柱上、下繞組中引出了抽頭比為δ/2（δ=N2/N，一般取1%～5%）的抽頭。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，短路對(duì)應(yīng)δ匝數(shù)的繞組（控制繞組）。續(xù)流二極管VD橫跨于交叉端點(diǎn)上，并通過該變晶閘管的導(dǎo)通角，可改變電抗器直流偏磁的大小，即調(diào)節(jié)電抗器的容量，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平滑調(diào)節(jié)電抗器容量的目的。

2? 磁控電抗器的損耗分析

目前，某110 kV變電站10 kV母線并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置（電抗器容量為500 kVar）可控制電抗器運(yùn)行在額定狀態(tài)下，實(shí)際額定電流為28.7 A，測(cè)量損耗為10.75 kW（儀器參數(shù)設(shè)置的容量為500 kVar，電壓為10 kV），損耗達(dá)到了2.15%，大大超過了規(guī)定的0.99%.電抗器的損耗將導(dǎo)致其鐵芯損耗和渦流損耗，投入后還會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電網(wǎng)損耗。因此，我們?cè)跈z修狀態(tài)下分析了電抗器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具體如圖3所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—A相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—C相直流磁通;7—線圈繞組

圖3? 可控電抗器三相六柱的排列結(jié)構(gòu)

從圖3中可以看出，A1，B1，C1三柱電流的方向相同，各自產(chǎn)生的直流磁通的方向也相同;A2，B2，C2的直流磁通方向相同，且與A1，B1，C1相等，但方向相反。A1柱的直流磁通大部分從A2柱流回，兩柱之間形成了直流磁通回路，類推B1與B2、C1與C2也會(huì)形成同樣的直流磁通回路。因此，在A1與B1、B2與C2之間的鐵軛與其中一柱的直流磁通相等，而在B1與C1、A2與B2之間的鐵軛將與2倍柱的直流磁通相等，在C1與A2兩柱之間的鐵軛則將流過3倍。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)增加材料的使用量，并增加加工的復(fù)雜程度。若要求鐵軛的截面均勻分布，C1與A2之間鐵軛的鐵耗將是A1與B1兩柱間的3倍，B1與C1、A2與B2之間為2倍。但這樣的鐵軛具有損耗過大的缺點(diǎn)，且各鐵軛段上的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過某一值后，磁導(dǎo)率會(huì)隨其增大而減小，磁阻和直流勵(lì)磁電流會(huì)隨其增大而增大，進(jìn)而增加了負(fù)載損耗。

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導(dǎo)致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁通量成正比例關(guān)系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度接近0.這種排列順序相對(duì)于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。改變排列順序后電抗器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結(jié)構(gòu)圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會(huì)分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節(jié)省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對(duì)改進(jìn)后電抗器的損耗測(cè)量進(jìn)行了對(duì)比，通過交叉排列三相六柱，在微機(jī)控制晶閘管觸發(fā)角為0°、電抗器在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，測(cè)得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總?cè)萘康?.99%，達(dá)到了預(yù)計(jì)目標(biāo)。

3? 結(jié)束語

本文通過分析磁控電抗器在運(yùn)行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)的研究方法。試驗(yàn)證明，改變排列結(jié)構(gòu)能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時(shí)，不會(huì)改變調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)方式，也不會(huì)引發(fā)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，達(dá)到了預(yù)期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網(wǎng)的無功補(bǔ)償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網(wǎng)的可靠運(yùn)行仍然是重要的研究課題。

參考文獻(xiàn)

[1]王子強(qiáng).磁閥式可控電抗器磁路結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2010.

[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級(jí)磁閥結(jié)構(gòu)的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應(yīng)用[M].武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)模型及特性[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強(qiáng)，卜廣全.可控電抗器在我國(guó)超/特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（07）：l-6.

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作者簡(jiǎn)介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現(xiàn)工作于河源供電局繼保班，從事電力系統(tǒng)設(shè)備二次回路的相關(guān)工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導(dǎo)致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁通量成正比例關(guān)系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度接近0.這種排列順序相對(duì)于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。改變排列順序后電抗器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結(jié)構(gòu)圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會(huì)分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節(jié)省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對(duì)改進(jìn)后電抗器的損耗測(cè)量進(jìn)行了對(duì)比，通過交叉排列三相六柱，在微機(jī)控制晶閘管觸發(fā)角為0°、電抗器在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，測(cè)得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總?cè)萘康?.99%，達(dá)到了預(yù)計(jì)目標(biāo)。

3? 結(jié)束語

本文通過分析磁控電抗器在運(yùn)行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)的研究方法。試驗(yàn)證明，改變排列結(jié)構(gòu)能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時(shí)，不會(huì)改變調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)方式，也不會(huì)引發(fā)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，達(dá)到了預(yù)期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網(wǎng)的無功補(bǔ)償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網(wǎng)的可靠運(yùn)行仍然是重要的研究課題。

參考文獻(xiàn)

[1]王子強(qiáng).磁閥式可控電抗器磁路結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2010.

[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級(jí)磁閥結(jié)構(gòu)的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應(yīng)用[M].武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)模型及特性[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強(qiáng)，卜廣全.可控電抗器在我國(guó)超/特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（07）：l-6.

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作者簡(jiǎn)介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現(xiàn)工作于河源供電局繼保班，從事電力系統(tǒng)設(shè)備二次回路的相關(guān)工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop

分析后得出，為了使磁通流過鐵軛的電流保持平衡，就要改變電抗器的排列順序，將原來的A1B1C1-A2B2C2改變成A1B2C1-C2B1A2.在電抗器的排列順序改變后，因B2與C1、C2與B1之間鐵軛直流磁通的大小接近，導(dǎo)致相反方向的直流磁通相互抵消，最終接近0.由此可見，因鐵軛上的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁通量成正比例關(guān)系，因此，只有A1與B1、C1與C2、B2與A2之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯柱的相同，B2與C1、C2與B1之間的鐵軛磁感應(yīng)強(qiáng)度接近0.這種排列順序相對(duì)于原先的順序而言，交流磁通的回路沒有改變，不會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。改變排列順序后電抗器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

1—鐵芯;2—磁閥;3—鐵軛;4—C相直流磁通;

5—B相直流磁通;6—A相直流磁通;7—線圈繞組

圖4? 改變后的可控電抗器三相六柱的排列順序結(jié)構(gòu)圖

從圖4中可以看出，無論采用任何排列順序方式，A1與A2、B1與B2、C1與C2會(huì)分別流過相同的交流磁通，且三者互差120°。但直流磁通回路得到了改善，縮短了等效磁路，節(jié)省了部分材料，且鐵軛上的損耗也降低了。

對(duì)改進(jìn)后電抗器的損耗測(cè)量進(jìn)行了對(duì)比，通過交叉排列三相六柱，在微機(jī)控制晶閘管觸發(fā)角為0°、電抗器在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，測(cè)得的能耗為4.8 kW，比以往降低了5.95 kW，小于總?cè)萘康?.99%，達(dá)到了預(yù)計(jì)目標(biāo)。

3? 結(jié)束語

本文通過分析磁控電抗器在運(yùn)行中存在的損耗過大、溫度過高等問題，提出了改變電抗器內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)的研究方法。試驗(yàn)證明，改變排列結(jié)構(gòu)能降低電抗器的損耗和諧波含量，同時(shí)，不會(huì)改變調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)方式，也不會(huì)引發(fā)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，達(dá)到了預(yù)期目的。但僅改變電抗器的排列順序無法從根本上解決10 kV配網(wǎng)的無功補(bǔ)償問題，因此，如何提高電能的利用率，保證配網(wǎng)的可靠運(yùn)行仍然是重要的研究課題。

參考文獻(xiàn)

[1]王子強(qiáng).磁閥式可控電抗器磁路結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2010.

[2]高冬梅，袁海文，張永斌.基于分級(jí)磁閥結(jié)構(gòu)的三相磁控電抗器諧波抑制研究[J].高壓電器，2008（05）.

[3]陳伯超.新型可控飽和電抗器理論及應(yīng)用[M].武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，1999.

[4]陳柏超，陳維賢.磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)模型及特性[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，28（03）： 293-298.

[5]周勤勇，郭強(qiáng)，卜廣全.可控電抗器在我國(guó)超/特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（07）：l-6.

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作者簡(jiǎn)介：何紹洋（1985—），男，碩士研究生，現(xiàn)工作于河源供電局繼保班，從事電力系統(tǒng)設(shè)備二次回路的相關(guān)工作。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Loss of Transformer Substation Reactive Power Compensation Device

He Shaoyang

Abstract： At present， within the substation appeared on the 10 kV line of magnetic control reactor + + fixed reactor for reactive power compensation capacitor compensation devices， balancing voltage. But in actual operation， the magnetic control reactor automatically cutting patterns in the large harmonic content， loss on the high side and the response time， reduce the reliability of the system is running. Therefore， we should change the sequence of the magnetic control reactor itself arrangement structure， and connecting with the working principle of reactor， reach the purpose of reduce the loss of reactive power compensation device content， so as to improve the stability of equipment operation.

Key words： reactive power compensation device; magnetic control reactor; loss of content; Dc magnetic flux loop