控电抗器的工作原理

磁控电抗器是基于磁放大器原理来工作的。它是一种交直流同时磁化的可控饱和度的铁芯电抗器,工作时,可以用极小的直流功率(约为电抗器额定功率的0.1%~0.5%)来改变控制铁芯的工作点(即铁芯的饱和度或者说改变铁芯的导磁率μ),来改变其感抗值,从而达到调节电抗电流的大小并平滑调节无功功率的目的。

MCR的工作其原理如图2所示,电抗器由两组交流线圈wi1、wi2以及两组直流控制线圈wk1、wk2组成,wi1、wi2首尾串联,wk1、wk2反极性串联,这样可以有效地抵消交流线圈工频感应电压对直流控制绕组的影响。铁芯工作时的磁化曲线如图3所示,由图可知,直流控制电流ik可以使铁芯工作点发生偏移,从而可以显着改变交流线圈的感抗和电感电流i。

磁控电抗器的应用

1、煤炭与化工

在我国的煤炭企业中存在大量的提升机等间隙性冲击负荷,不仅无功波动较大而且谐波污染严重,如果不对这些问题进行处理,将会导致电能质量低下且谐波污染严重,并导致功率因数以及谐波超标罚款,采用电容投切时无功补偿装置时会出现两种情况:当无功或功率因数设置过小时虽然能保证这些提升设备工作期间不频繁投切,但会造成此时井下的电气设备供电电压突然降低,影响电气设备及其保护控制设备正常工作;如果无功或功率因数设定值较高,则会出现电容器组频繁投切现象,容易造成电气设备的损坏,影响电气设备的使用寿命。采用MCR型高压动态无功补偿装置是解决这个问题的理想解决方案。   此外,在煤炭与化工企业,由于存在着一些危险因素(如煤井下的瓦斯气体、化工厂的易爆炸性气体),采用传统的开关投切方式由于投切过程中机械动作时产生火花、电容器组受冲击易损坏等诸多因素,使得在这些环境中工作时的安全性降低,而采用磁控电抗器的静态无功补偿装置由于不进行任何的机械操作,可以在危险环境中安全工作20年以上。

2、冶金

冶金系统中的轧机与电弧炉负载是一种及其特殊的负荷,它能够在极短时间(小于1s)内负荷从很小的值变化的非常大的值,并且变化频率很快,这样会造成这些企业内的显示仪表在不停地高速摆动,无法读数,而且其工厂内照明灯不停地闪动,采用传统的电容投切式无功补偿装置无法解决这个问题,采用自耦变压器型动态无功补偿装置也无法解决这个问题,只有采用基于磁控电抗器的静态无功补偿装置或采用TCR型静态无功补偿装置才能解决。基于MCR的SVC装置是冶金系统中的轧机与电弧炉供电系统无功补偿的较为理想选择,MCR快速的响应能力为这些系统提高功率因数,改善电能质量提供了保证,高度的可靠性以及优异的工业性能,为供电系统的安全、可靠运行提供了保障,高的可利用率提高了生产效率、质量和效益,极长的设备使用寿命确保了长远的回报。与传统的用于轧机与电弧炉补偿的其它高压无功补偿装置比起来,MCR型SVC具有可靠性高、基建成本低、占地面积小、维护成本低、设备造价合理等明显的优点。

3、电力变电站

对于我国大量的变电站而言,电容器利用率低,投切管理麻烦的问题广泛存在,现在安装的大量VQC装置,虽然可以对变压器有载调压开关和电容器组以及电抗器投切开关进行自动控制,但是,很容易导致电容器组投切动作频繁,有载调压开关动作频繁等问题,降低了设备寿命,增加了安全隐患。在现有无功补偿系统的基础上加装MCR,将大大提高无功补偿效果,减少甚至避免投切操作、节能降耗、改善电能质量。在枢纽变电站安装MCR型动态无功补偿装置还可大幅提高电网暂态稳定能力,提高电网电压稳定水平。

4、电气化铁路

基于MCR的SVC装置是电气化铁路牵引变电站实现对负荷的跟踪控制、提高功率因数的最佳方案。由于电气化铁道牵引变电站的负荷具有瞬时性,当电力机车驶过时,负荷突然出现,列车过后,负荷消失,采用传统的开关投切电容器将会出现一个牵引变电所每天出现上百次的开关投切动作,严重地缩短电气设备的使用寿命,并且电气化铁道的不对称造成其负序分量很严重。将基于MCR的SVC装置用于牵引变电站供电的变电站,可有效的减小不对称,降低负序分量,消除电网的安全隐患。

5、风电场

基于MCR的SVC装置应用于风电场变电站无功的连续、无触点、动态调节,提高系统的功率因数,减少风电场电网接入点与电网的无功交换直至为0,实现系统无功动态平衡,达到风电场接入电网国家标准的要求。滤除谐波电流,使风电场谐波电流和谐波电压达到国标要求。MCR型SVC还可起到抑制电网电压波动,稳定电压的作用,并降低电能质量对风力发电机组的不良影响,当系统发生电压跌落时,快速调整无功输出,促进电压恢复。考虑到风电场地理位置偏僻,运行环境恶劣,维护人员很少等特点,MCR型高压动态无功补偿装置是风电场实现动态无功补偿的理想选择。

6、特殊工业用户

一些纺织企业(如丝绸纺织厂)、显像管制造厂(如安彩),其加工出的产品质量与电网的电压质量要求很高,电压质量突降或瞬间跌落会造成其产品中出现大量的废品,采用MCR型静态无功补偿装置可以在很短时间内改善其电压质量。

磁控电抗器的作用

磁控电抗器用作无功补偿可以平滑的调节输出的无功,比一般的无功补偿设备具有更多的作用。

1、对用户

(1) 扩容。在很多场合安装动态无功补偿装置,可以实现1.2-1.5倍的扩容,大幅节约扩容开支。

(2) 消除谐波污染,提高系统安全系数,延长设备寿命,降低系统损耗

(3) 降低异步电机启动、电弧炉运行等本地电网冲击,提高系统安全性,对于弱电网尤其如此。

(4)稳定端点电压(防止电压过高或过低),提高变压器与输电线以及其他电器设备的寿命。

(5)提高功率因子。可以使功率因子达到0.9-0.99的要求,降低网损,降低无功损耗,节省电费开支,适 用于电力系统庞大网损非常严重的用户。

(6) 消除电压闪变,专门针对闪变设计的算法,将电压闪变降至最低水平,提高用户电能质量。

2、对电网

(1) 提高功率因子,降低网损,可以使功率因子达到0.9-0.99的要求

(2) 阻尼系统振荡,提高阻尼极限,提高输电线传输能力

(3) 提高电网的电压稳定能力

磁控电抗器的发展历史

由于电力系统的需求,可控电抗器一直以来就是一个研究热点,其中前苏联科学家提出的借助直流控制的磁饱和型可控电抗器得到了推广和应用。该类电抗器是借助控制回路直流控制电流的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。它是在磁放大器的基础上发展起来的。早在1916年就由美国的E.F.W亚历山德逊提出了“磁放大器”的报告。到了40年代,随着高磁感应强度及低损耗的来调整电压,维持系统无功潮流平衡,减少损耗,提高供电可靠性。20世纪70年代以来发展起来的相控电抗器(TCR)高昂的造价决定了其在电力系统中广泛应用的不合理性。鉴于上述原因,电力专家们转而寻求更加经济和可靠的可调无功补偿装置。

1986年,原苏联学者提出了磁阀式可控电抗器的新型结构,从而使得可控电抗器的发展有的突破性进展。新型可控电抗器可以应用于直到1150KV 的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置,因而可直接接于超高压线路侧,同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。

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