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【电抗器厂家】电抗器之新型磁控电抗器的研究

【电抗器厂家】电抗器之新型磁控电抗器的研究

一、摘要:磁阀式可控电抗器是在磁饱和式可控电抗器基础上发展起来的,可随电网传输功率的变化而自动平滑调节自身的容量,当电网传输功率较大时,电抗器运行在空载或小容量状态;当电网传输功率很小或空载时,电抗器自动增大容量补偿对地电容无功,能够限制工频电压升高。在很大程度上提高了电网的运行经济效益。本文介绍了一种新型磁控电抗器的结构,并对其进行了数学建模。该电抗器运用两级饱和电抗器来抑制谐波。通过谐波抑制效果,可见双级饱和可控电抗器的总谐波含量明显低于单级饱和可控电抗器。

三、引言

可控电抗器对电力系统有着非常重要的作用,磁阀式可控电抗器能随着传输功率的变化自动平滑地调节自身容量,在线路传输大功率时,运行在小容量范围内,当线路轻载或空载时,它会增大容量而呈现出深度的补偿效应,能够起到降低工频电压升高的作用。这就在很大程度上提高了电网的经济效益。因此,可控电抗器的控制研究一直是电力系统方面研究的重点。传统磁控电抗器应用于单相情况时[1],如电气化铁路动态无功补偿装置、可调消弧线圈等时,由于缺乏3 次谐波补偿回路而产生较大的谐波,为进一步减少磁控电抗器在单相应用条件下的谐波,本文提出一种新型可抑制3 次谐波的双级磁控饱和电抗器。

四、传统磁阀式可控电抗器的原理

“磁阀”的概念是前苏联学者在直流助磁式饱和电抗器基础上于1986 年提出的,使可控电抗器的理论向前发展了一大步。图1 为磁阀式可控电抗器原理图。

如图1所示,电抗器铁芯磁路由大面积段A 和小面积段AS(长度为l)串联而成。因为在磁阀式可控电抗器的整个容量调节范围内,大面积段铁芯的工作状态始终处于磁特性的未饱和线性区,其磁阻相对小面积段铁芯很小,故予忽略。在电抗器的整个容量调节范围内,大截面段始终工作于未饱和线性区,仅有小截面段铁心磁路饱和,且饱和程度很高[2]。在磁控电抗器的工作铁心柱上分别对称的绕有两个线圈,其上有抽头,它们之间接有可控硅T1、T2,不同铁心的上下两个主绕组交叉链接后并联至电源,续流二极管D 接在两个线圈的中间。当磁控电抗器主绕组接至电源电压,在可控硅两端感应出1%左右的系统电压。在电源电压正半周触发导通可控硅T1,形成图2a 所示的等效电路。在后回路中产生直流控制电流;在电源电压负半周触发导通可控硅T2,形成图2b 所示的等效电路[3]。

五、新型磁控电抗器的结构

为了减小工作绕组对控制回路的影响,减少工作电流的谐波含量,扩大电抗器调节深度,降低可控电抗器的体积和成本,减少漏磁损耗及偏磁磁化容量,提出一种新型磁控电抗器结构,如图3 所示。这种结构的突出特点是铁芯的边柱上布置了两级减小截面的部分,这两部分为铁芯磁化区,它们工作在不同的饱和度下,可有效降低工作电流谐波含量。同时其铁芯中间柱上还存在空气隙0 δ ,该气隙的存在使偏磁强度下的工作电流波形进一步改善,更为关键的是使得可控电抗器的响应速度显著提高,有效的减小所需磁化容量,并使其伏安特性在较低工作电压时仍接近线性。工作绕组有三个线包组成,分别布置在两个边柱和中间柱上,直流控制绕组分别放置在两个边柱上,两绕组反串联,使得工频感应电压相互抵消,在忽略交直流绕组电阻的情况下,控制回路的感应电流将将为零。直流控制绕组布置在两侧交流工作绕组内部,所有绕组均为圆绕组,铁芯也为圆柱形。中间柱空气隙分段布置在中柱交流绕组的内部。减小截面的部分分多段布置在边柱上,这种布置的目的是为了提高空间利用系数,减小漏磁通。

六、两级饱和电抗器减小谐波机理研究

两级饱和可控电抗器铁芯结构如图5所示,绕组铁芯由三段不同面积的铁芯串联组成。图中bA为大截面段铁芯面积,sA为小截面段铁芯面积,长度为1l,mA为中截面段铁芯面积,长度为2l。双击饱和指在磁控电抗器的整个容量调节范围内,不仅小截面进入饱和状态,中截面也进入饱和状态,大截面段始终工作在磁路未饱和状态[4][5][6][7][8]。图5为两级结构铁芯等效磁特性,由两端斜率不同的曲线组成,分别对应两种不同的磁导率,可推导出对应两种不同磁通密度。

图7为在该设计条件下的3 次谐波抑制效果图,可见当中截面进入饱和工作区后,电抗

器输出电流中3次谐波含量大大减小不到1%,这是因为小截面产生的3次谐波电流与中截面产生的3次谐波电流相位相反,互相抵消。图8为单级饱和可控电抗器与两级饱和可控电抗器总谐波含量的比较,可见双级饱和可控电抗器的总谐波含量明显低于单级饱和可控电抗器。

七、结论

本文从减小磁控电抗器自身谐波含量的基础上,研究了一种新型的磁控电抗器的结构。并对该新型可控电抗器的数学模型及谐波产生原因进行分析研究。对比谐波抑制效果表明,通过设置两级饱和区可以大大减小磁控电抗器产生的3 次谐波含量。