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干式磁控电抗器

一、可控电抗器概述

可控电抗器即电抗值或电抗器容量可控调节的电抗器。
对可控电抗器的研究始于上个世纪50年代,相继出现了调匝式、调气隙式、高阻抗变压器式、相控式等多种类型的可控电抗器,这些可控电抗器对当时的电力工业发展起了一定的积极作用。但是,这些可控电抗器由于受工作原理、控制方式等多种因素的限制,大都不能应用于高压电网中,更不能适应快速响应、自动控制的需要。

根椐磁饱和原理设计制作的可控电抗器于50年代由英国率先研制成功,但该电抗器损耗大,响应速度慢,没有得到普遍采用。1986年原苏联专家提出了新的磁饱和式可控电抗器设计方案,大大地改善了可控电抗器的性能,将可控电抗器的研究向前推进了一大步。

随着科学技术的发展、材料性能的改善和电力工业飞速发展的需要,为可控电抗器的研制和开发提供了广阔的天地。1990年我国少数专家开始着手磁饱和式可控电抗器的研制,并已取得了积极的成果。我公司与国内某知名大学电气工程学院研制开发的直流偏磁磁阀式可控电抗器(简称磁控电抗器),将我国可控电抗器的研究推向了实用阶段。

二、磁控电抗器

磁控电抗器与传统饱和式电抗器虽然都源于磁饱和的原理,但由于其设计理念不同,结构方式不同,二者的工作性能有着明显的差别。

传统的饱和式可控电抗器在工作过程中,铁心长期处于磁饱和状态,损耗很大,控制绕组的电流惯性也大,响应时间长,很难适应电网发展的要求。制作出超大容量的可控电抗器将很困难。

磁控电抗器在设计上赋予了新的理论,采用了先进的导磁材料和控制技术,克服了饱和式可控电抗器存在的弊端,具有可随着高压输电线路传输功率的变化自动平滑地调节自身容量的能力;响应时间可在5ms~300ms内根据不同系统设计,自动化程度高;由于其结构简单,提高了设备的可靠性;同时,不仅减小了体积,也降低了损耗和成本。磁控电抗器的研制成功填补了我国可控电抗器的空白。

●  基本原理

通过绕组交叉连接及自耦励磁,在铁心中形成交、直流磁场,交流磁场决定于外部工作交流电压,直流磁场决定于自耦励磁,其中直流磁场是可以调节的。通过调节铁心柱中直流磁场的大小,可以控制铁心的饱和程度,从而调节磁控电抗器的输出电抗。

单相磁控电抗器原理接线如下图所示。两铁心柱上绕组中间交叉连接,抽头部分绕组连接晶闸管及二极管。通过控制调节晶闸管的导通角,可以调节直流励磁电流的大小,从而可调节直流磁通的大小,从而调节电抗器的输出阻抗的大小。

三、输配电系统中的动态静止无功补偿

随着互联电网的发展,我国跨区域的长距离集中送电的交流输电通道或交直流并联输电通道越来越多,大事故扰动下电网的动态无功支持能力不仅成为互联电网送电能力的重要约束,而且能够影响到联网系统的电压稳定水平和电压安全裕度。近年来,随着大功率非线性负荷用户的不断增多,对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势,缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变化很大,导致电网线损增加,稳定性下降,使得系统电压合格率不高。而在我国电网建设和运行中,长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理,特别是可调节的无功容量不足,快速响应的无功调节设备更少。电网发展与无功补偿不足的矛盾越来越突出,磁控电抗器的诞生为解决这一矛盾提供了良好的设备和途径。

无功补偿技术的发展经历了从同步调相机→开关投切固定电容器→动态投切电容器(SVC)→无功发生器(STATCOM)的过程。它们的各自特点如下:
  ① 同步调相机:响应速度慢,噪音大,损耗大,技术陈旧;
  ② 开关投切电容器:慢响应补偿方式,连续可控能力差;
  ③ 静止无功补偿器(SVC):先进实用技术,得到了广泛应用;
  ④ 静止无功发生器(STATCOM):技术上有局限性,处于少数示范工程阶段。

静止无功补偿器(SVC)的主要形式有TCR(晶闸管相控电抗器型)和TSC(晶闸管投切电容器型)以及两者的结合。在高压和超高压电网的静止无功补偿中,TSC受晶闸管自身参数的影响,使设备复杂,造价高昂,维修困难,可靠性差,普遍采用的难度很大。

我公司研制开发的磁控电抗器亦属于SVC的范畴,但与TSC不同的是,采用低压直流控制,规避了TSC高压控制的风险;磁阀式结构设计,扩大了电流调整范围,有效地降低了谐波和损耗;加之成本低廉,安全可靠,是优于TSC的无功补偿设备。

四、磁控电抗器的应用

(一)输配电系统的动态无功补偿

将固定电容器与磁控电抗器并联在输配电线路上,依靠电抗器具有的调节自身容量的特性自动平衡无功,这一过程即为无功补偿(如图1所示)。其补偿过程是:当线路传输自然功率时,它的电抗值最大,容量最小,吸收的容性无功也最小;当线路传输功率很小时,它的电抗值最小,容量达到额定值,意味着所吸收的容性无功最大。由于磁控电抗器具有实时检测和快速响应的特点,可以在瞬时内改变自己的电抗值,以达到自动快速平衡无功的目的。

磁控电抗器的实质是特殊的并联电抗器,它可与电容器一起直接并联在高压或超高压输电线路上。可控电抗器采用的是低压直流控制,与现行的SVC补偿装置相比更适合于高压运行。这种无功补偿系统结构简单,经济安全,是输配电系统无功补偿理想的替代产品。

目前我公司与国内某知名大学研制开发的磁控电抗器电压等级为10kV~110kV ,最大容量为300Mvar ,根据使用场合的不同,响应时间可在5ms~300ms之间设置,功率因数的控制精度可以稳定地控制在0.95~0.96。

磁控电抗器的应用领域:MCR-SVC广泛用于电力系统变配电站及大型工业电力用户,针对负荷波动大、无功变化快速、系统功率因数低、电压波动大、谐波严重等问题,提供解决方案,改善电能质量,为用户节能降耗、取得显著的经济效益,为社会创造良好的电能环境,提高国民生活水平。

(二)冶炼行业的无功补偿

在冶炼行业,电弧炉和轧钢机是耗能大、对供电系统冲击大的设备,特别是电弧炉作为非线性无规律负荷接入电网,导致电网严重三相不平衡,产生负序电流和高次谐波,使电压畸变更趋复杂化,存在严重的电压闪变,许多中小企业的功率因数只能达到0.7左右。

轧钢机及其他工业对称负载,在工作中所产生的无功冲击也会引起电网电压降及电压波动,严重时使电气设备不能正常工作,降低了生产效率。

彻底解决上述问题的唯一方法是安装具有快速响应的动态无功补偿。磁控电抗器动态补偿系统具有优良的动态特性和快速响应的能力,完全可以满足严格的技术要求,向电弧炉和轧钢机快速提供无功电流并且稳定母线电网电压,增加有功功率的输出,节约电能,提高生产效率,并且最大限度地降低闪变的影响。

(三)电气化以铁路的无功补偿

电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重“污染”,因电力机车为单相供电,这种单相负荷造成了供电网的严重三相不平衡及低的功率因数,并产生负序电流。

目前世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装动态补偿系统,通过快速补偿来平衡三相电网,并通过滤波装置来提高功率因数。这一目的可由磁控电抗器动态补偿系统来实现。所配置的可控电抗器容量可根据用户实际需要设计。

(四)城市二级变电站的无功补偿

在区域电网中,一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功,改善功率因数,这种方式只能向系统提供容性无功,并且不能随负载的变化而实现快速精确调节,在保证母线功率因数的同时,容易造成向系统倒送无功,抬高母线电压,危害用电设备及系统稳定性。磁控电抗器动态补偿系统可以快速精确地进行无功补偿,使母线电压稳定,在提高功率因数的同时,彻底、方便地解决了无功倒送问题。

(五)远距离电力传输补偿

全球电力目前正在趋向大功率,长距离输电,高能量消耗,同时也迫使输配电系统不得不更加有效,磁控电抗器动态补偿系统可以明显提高电力系统输配电性能,这已在世界范围内得到了广泛的证明,即在不同的电网条件下,为保持一个平衡的电压时,可在电网的一处或多处适合的位置上安装磁控电抗器动态补偿系统,以达到稳定弱系统电压;减少传输损耗;增加传输能力,使现有电网发挥最大效率;提高瞬变稳态极限;增加小干扰下的阻尼;增强电压控制及稳定性;缓冲功率振荡。

(六)矿山、通信等企业的重负载补偿

矿山的提升机、大功率破碎机、空压机,采油用的磕头机,通信行业使用的大功率逆变电源等,消耗大量的无功电能,引起电网电压降及电压波动,使功率因数下降,传动装置会产生有害高次谐波。对于电网来说,各类企业都存在大量的无功负载,这些负载是电网负载的主体,解决上述问题,除了输配电系统集中配置无功补偿系统外,大量的是需要在企业的变电站(所)就近安装补偿系统,这是可控电抗器动态补偿系统最广阔的应用空间。

(七)其他行业:无功功率补偿及滤波在电力行业具有广泛的需求,MCR-SVC具有优良的技术特点,可以适应化工、石油、水泥、建材、港口。

五、我公司磁控电抗器的生产水平

杭州汉盛科技有限公司创建于2004年,是一家专业从事各类电抗器,特规变压器等系列产品的研发、制造销售和服务的高科技企业。长期与大学院校、科研机构紧密合同,拥有一只专业知识渊博,行业经验丰富的研发团队。具有先进的检测实验设备及规模话的生产能力。公司建立了一套完善的质量管理体系,并已通过IS09001质量管理体系认证,确保为用户提供高性能、高质量的产品。产品已广泛应用于国内外的电力、冶金、化工、石油、煤矿、水泥、市政等多个行业,发挥着节能耗降的作用,深受广大用户及有关部门的认可和好评。

为实现公司的跨越式发展,现杭州汉盛科技有限公司携手中国船舶重工第七一二研究所就磁控电抗器的研发、生产、销售和服务进行全面的合作,依托该所超强的持续研发能力和优势的军工技术,致力于打造到了动态节能领域的一流品牌,以提高企业的知名度和竞争力。本着“高效、务实、创新”的精神,惯彻“质量是生命、诚信是基础”的经营理念,坚持以市场需求力为导向,走技术、质量和服务三位一体之路,为广大用户提供优质的产品和服务。

真诚期待于各界朋友精诚合作,携手并进,共创辉煌的未来。

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