带激磁可调的交流并联电抗器原理和物理参数探析

摘要

带激磁可调的交流并联电抗器原理和物理参数探析是本发明专利名称，是电网领域二次设备对电抗容量调节和控制的智能模式。解决目前投切电网固定电感容量所不能完全补偿线路容性负荷，影响电网设备绝缘安全和无功功率调节问题。本发明对电抗容量调节需接收电网CT和VT信号，经微机分析线路容性负荷大小，向辅助有载调压变压器发出有载开关增减匝数信号使其二次电压变化，从而改变激磁调节线圈电流大小和方向，利用电路和磁路原理，从工程设计角度进行推导和发明了电抗器磁势平衡物理关系式、电感与电流的物理关系式。进而调整电抗器的电感量，来达到调整电网运行电抗容量的目的。可调电抗器(含辅助变压器、检测CT和VT元件，以及微机程序开发)属于电网输变电线路领域的设备运行原理和控制的发明。

说明书

技术领域

是电网输变电线路领域的二次监测保护对一次设备在输变电网运行参数控制和调节的智能模式，能更加科学地管理电网，提高电力运行质量的作用。是对输变电线路的高压并联电抗器电感量(即电抗容量)的受控和调整，以有效实时补偿电网容性负荷，进而优化输变电线路的电压和电流相位关系。提高电网供电质量。

技术背景

目前输变电线路电网领域，采用固定电感量的并联电抗器来补偿线路在轻负荷下呈现的电容性负荷，但是轻负荷状态参数并非固定，容性负荷的大小因线路传输负荷的变化而使得线路容性容量是不断变化的特点。目前电网投切的是固定电感容量，不能连续实时补偿线路容性负荷，具有如下缺点：富余的电感容量成为电网运行的负担，不能在线路中进行无功容量平衡合理分配，不能优化局域电网的供电质量；根据线路负荷的变动，重复的投切电抗器，增加了电站工作量和增加开关的使用频次；同时使得电网运营部门不能很好地管理电网适时电压和频率的变化，因而影响电网运行设备绝缘安全运行。

采用带激磁可调的交流并联电抗器(以下简称：可调电抗器)，电感容量自控调节可实时补偿连续变化的电容负荷，因而能够解决电网运行的上述问题。

发明内容

可调电抗器的容量调节需接收电网线路CT和VT信号，对其负荷特性和容性或电感性负荷大小经二次微机检测保护装置分析，并发出控制调节电抗器运行容量的信号，即向辅助有载调压变压器发出有载开关增减匝数信号，使辅助变二次电压变化，从而改变可调并联电抗器的激磁调节线圈电流大小和方向，利用电路和磁路原理，推导和发明了电抗器的激磁磁势平衡物理关系式以及激磁电感与激磁电流的物理关系式，进而实现调整电抗器的电感量，来达到调整电网运行电抗容量的目的。可调电抗器(含辅助变压器、检测功能的CT和VT元件，以及微机程序开发)属于电网输变电线路领域的新产品运用。

附图说明

图1：带激磁调节线圈的可调并联电抗器原理图。

原理图元件说明：

电容C：为补偿可调电容，使U2的输出或输入电流I

辅助变压器AT：采用Yzn1移相或Dyn1联接组别，*为同名端，二次电压为U2，且为星形联接，中性点接地，采用变磁通有载调压，采用二次继保微机程序输出的遥控信号控制有载开关的调档方式。

CT：为电流互感器；

VT：为电压互感器；

OLTC：为辅助变压器的有载调压开关；

U1：可调并联电抗器激磁调节线圈端口电压；

U2：辅助变压器二次线圈输出端口电压；

W

W

B

Line 1：输变电线路1，可调并联电抗器所挂入的线路；

Line 2：输变线路2，可调并联电抗器所需辅助变压器一次侧所接线路；

I

I

I

原理图的原理说明

1)可调电抗器铁芯柱内侧套绕W

2)由于可调电抗器的本体线圈匝数W

3)当辅助变二次侧的输出电压因其一次侧有载调压开关的调档而出现电压变化时，U1≠U2，从而产生I

4)U1值基本固定不变，U2-U1差值的变动是由二次继保电站微机检测控制程序来操作，辅助变一次侧的有载调压开关档位的调整，辅助变一次侧所接线路2正常情况下电压值不变，则辅助变属于变磁通调压；

5)I

a)当U2＞U1时，I

b)当U2＜U1时，I

具体实施方式

一、带激磁调节线圈的可调并联电抗器的控制流程阐述

1)从电网线路1中的电流互感器CT1和电压互感器VT1的监测数据，通过电站微机监控软件分析：线路1的电流和电压数值及相位角差关系，可计算出线路容性负荷的大小，利用电站二次继保微机程序开发，输出遥控信号来控制辅助变压器有载调压开关操作，以改变U2数值，从而实现 I

2)在辅助变一次侧前串联可调电容器，监控软件开发，控制电容器电容大小作微调，使I

3)监测CT0’电流值了解I

二、带激磁调节线圈的可调并联电抗器及控制体系中各元件物理量关系的分析和结论

该体系包括可调并联电抗器、辅助变压器、辅助变压器内置有载调压开关、可微调并联电容器、电网线路1及CT1和VT1、可调电抗器高压套管CT0，辅助变压器二次侧线路CT0’、线路2的CT2和VT2、以及电站微机控制运行软件、等同于可调并联电抗器运行电网电压等级的线路2的运行变压器；

1)并联电抗器一般运用于220KV及以上电网，建议在可调并联电抗器所在电站同等电压等级上运行的变压器的低压侧或第三绕组空载电压(一般为35KV)，仅作为本控制体系中辅助变压器高压侧供电电源。该变压器一般为YNd11或YNyn0d11或YNaod11联接组别，为保证可调并联电抗器的I

2)由于同等于可调电抗器运行电网线路1的电压等级的另一线路2，线路上的变压器和连接于其低压或第三绕组的辅助变以及可调并联电抗器的激磁调节线圈均等效为电感电阻元件，对电流I

辅助变在额定分接开关位置，有U2＝U1，使磁感应调节线圈中无电流的分接位置，磁势电抗器容量设定为线路长期正常负荷下线路所需的电抗容量为额定容量；

可调并联电抗器的最大电抗容量为所在线路空载下电容电流的大小，由电力运营部门给定，可调并联电抗器的最小容量为所在线路最大电感负荷下的电容容量，也可能没有容性负荷，理想状况是可调并联电抗器磁势电感L数值为无穷大，I

三、带激磁调节线圈的并联可调电抗器内部物理量关系的分析和结论

前提条件为：激磁调节线圈与电抗器本体线圈同名端位置一致；电抗器所在电网电压不变；激磁调节线圈和本体线圈匝数不变。

对于可调电抗器本体线圈电气回路，当可调电抗器运行容量等于额定容量时，有如下等式：U

X

1)在可调电抗器运行容量大于额定容量时的物理量关系(即I

a)有物理关系式：即可调并联电抗器运行的电抗容量减去额定容量等于激磁调节线圈通过辅助变压器和线路2变压器相线路2输出的电抗容量；I

b)激磁电感L

c)激磁调节线圈输出容量由(U1-U2)电压差，及辅助变压器低压侧阻抗，以及激磁调节线圈漏磁阻抗等回路参数决定。由产品设计制造参数决定，U2值的变化由辅助变压器有载开关调档，通过变磁通方式来实现， U1由e

d)有物理关系式：即可调并联电抗器激磁磁势平衡，即：I

e)电抗器本体线圈的自感阻抗和互感阻抗与匝数、气隙大小长度值、铁芯截面面积值、线圈相对位置和高度等结构尺寸等物理量有关，是一个固定欧姆值。当I

f)由于自感和互感阻抗的存在，电抗器的电网电感L

g)对电网线路有物理关系：电抗器电抗JωL

h)有物理关系式：U

i)激磁调节线圈上的电流I

从电网运行角度，可调电抗器的运行电抗容量等于额定容量加激磁调节线圈向外输出容量之和，向外输出容量由I

2)在可调并联电抗器运行容量小于额定容量时的物理量关系(即I

a)有物理关系式：即可调电抗器输入电抗容量加激磁调节线圈通过辅助变压器从线路2吸收的电抗容量之和等于电抗器额定容量；I

b)激磁电感L

c)激磁调节线圈接受容量由(U2-U1)电压差及辅助变压器低压阻抗，以及激磁调节线圈互感阻抗和自感阻抗等回路参数，按照回路基尔霍夫定律决定，(U2-U1)数值由辅助变压器调压分接位置决定，互感阻抗由激磁调节线圈接收容量或可调电抗器输入电抗容量值来决定(以下部分将具体分析说明)，回路其他参数不变，因而I

d)有物理关系式：即可调并联电抗器激磁磁势平衡，即：I

e)电抗器本体线圈自感和互感阻抗的存在，电抗器的电网电感L

f)对电网线路而言有物理关系式：电抗器电抗JωL

g)有物理关系式：U

h)有物理关系式：X

i)激磁调节线圈上的电流I

从电网运行角度，可调电抗器的运行电抗容量等于额定电抗容量减去激磁调节线圈吸收的电抗容量的剩余值，激磁调节线圈吸收的容量由I

因此I

四、带激磁调节线圈的并联可调带气隙电抗器及控制体系中各元件物理量参数和工程设计公式的推导和产品设计守则

1)电力运营部门提供并联电抗器三相额定容量S

2)求取额定容量下电抗器输入电流I

3)可调电抗器产品参数的求取(I

a)根据安培环路定律：(B

b)其中W

电抗器本体线圈每匝电势e

c)W

d)L

e)L

至此，可调并联电抗器本体线圈参数已经设计完成，分别是：容量S

4)高于额定电抗容量下可调电抗器产品参数的求取(I

a)三相容量即为S

b)激磁调节线圈匝数W

c)根据Ue＝√3·I

d)根据物理量表达式：L

e)根据磁势平衡表达式：I

f)I

g)可调电抗器容量为S

h)当I

至此，当可调电抗器最大电抗容量下所需辅助变压器的所有参数均已求解：Dyn1联接组别、一次电压(与电网线路2变压器的低压或第三绕组输出线电压，单位：kV)、二次空载电压U

可以通过辅助变压器容量S

5)低于额定电抗容量下可调电抗器产品参数的求取(I

a)三相容量即为S

b)激磁调节线圈匝数W

c)可调电抗器互感阻抗X

d)根据物理量表达式：L

e)根据物理量表达式：I

f)I

g)可调电抗器容量为S

h)当I

至此，当可调电抗器最小电抗容量下所需辅助变压器的所有参数均已求解：Dyn1(或Yzn1)联接组别、一次电压(与电网线路2变压器的低压或第三绕组输出线电压，单位：Kv)、二次空载电压U

可以通过辅助变压器容量S