論快速磁閥可控電抗的技術與應用

黎 亮,冼建能,胡偉新,劉振添

(佛山供電局,廣東,528300)

1 磁控電抗器原理

2 最新產品技術特點

2.1 響應速度快（世界最高水平）

創新的快速磁翻轉技術使新一代磁閥式可控電抗器的響應速度大幅度提高：空載到額定容量，或額定到空載容量過渡過程時間不大于20ms～60ms；（下圖為現場測試3000kVar/10kV 磁控電抗器電流響應波形）

2.2 產生諧波極低（國際先進水平）

獨創的優化多級磁閥飽和技術，使可控電抗器整個連續容量調節范圍的總諧波含量不超過電抗器額定電流的1.8%；

2.3 損耗很小（國際先進水平）

獨特的磁閥結構和先進的制造工藝，使電抗器額定輸出容量下的有功損耗在0.5%（大容量）～1.2%（小容量）之間，平均運行損耗為0.3%（大容量）～0.7%（小容量）之間；

2.4 噪音水平低（國際先進水平）

10000kVar 以上容量產品不超過69 分貝，10000kVar 以下容量產品不超過63 分貝。

3 各級電網無功潮流連續平滑調節、實時準確可控，是智能電網基本特征之一

3.1 基于磁閥式可控電抗器的變電站電壓無功潮流綜合控制

110kV 和220kV 變電站的35kV 和（或）10kV 線路均裝設斷路器分組投切的并聯電力電容器組，其配合主變有載調壓開關，用以控制負荷側母線電壓在規定范圍內，并且進線功率因數盡可能接近1.0。但各變電站對主變有載調壓開關和電力電容器組的投切動作次數有嚴格的限制。

將磁閥式可控電抗器與變電站已經裝設的電力電容器組并聯，使之成為可快速平滑、連續調節的無功功率源，從而極大地改善系統無功和電壓調控能力，實時滿足變電站對無功控制的三大目標：

A、保持變電所負荷側母線電壓在規定水平

B、使無功功率盡可能就地平衡，減少因遠距離輸送無功功率而引起的網損。

C、實現逆調壓，即重負荷時，運行電壓較高，輕負荷時，運行電壓較低，以利于系統運行穩定性并有效地降低網損。

3.2 局域電網分布式實時動態無功補償和電壓調節——區域電網無功優化控制

將現有開關投切電容器組和變壓器有載調壓控制的無功電壓調節模式轉化為固定電容器組FC+磁閥式可控電抗器MCR 連續調節和變壓器有載調壓控制的實時動態無功電壓調節方式，配合區域電網分部無功的集中最優潮流控制策略，實現智能電網的高效輸電和高品質供電。

某區域電網有220kV、110kV、35kV 及10kV 線路，線路輕載時無功過剩，節點電壓偏高。裝設普通并聯電抗器不能解決電壓調節問題，并且由于無功潮流不能做到分層平衡與控制，增加了線路損耗和降低系統運行的安全可靠性。在220kV、110kV、35kV 線路節點處裝設總容量為110MVar 的磁閥式可控電抗器，實現平滑的無功調節和電壓控制，不僅解決了線路輕載和重載情況下的電壓穩定問題，而且減少了11.3%的線路損耗。裝設可控電抗器補償系統的成本因減少線路損耗而回收的年限為2.5 年，如下圖1。

3.3 超/特高壓電網并聯動態無級可控電抗器

在超/特高壓輸電線路中，直接并入磁閥式可控電抗器，實現無功的實時動態調節，吸收線路充電功率、控制系統無功潮流、減少輸電損耗和穩定線路電壓。

110kV 及以上電壓等級的磁控電抗器采用外勵磁結構，高壓線圈采用YO 接線，控制繞組采用雙三角形接線，結構合理、運行可靠，如下圖2。

所研制的110kV 連續動態調節無功的磁閥式可控電抗器維護簡單，性能優良。經在湖南懷化田家220kV 變電站兩年多的運行表明，該裝置運行穩定、可靠，大大改善了系統電壓質量和無功分布，降低了系統損耗。研制的110kV 磁閥式可控電抗器動態無功補償系統填補了國內同類產品的空白，整體達到國際先進水平，在三相一體化鐵心結構設計方面達到世界領先水平，并榮獲2008 年度湖北省科技進步二等獎。

4 用戶側msvc

用戶側基于QMCR 的快速動態無功補償與諧波抑制成套裝置

新型QMCR 型SVC 快速、有效地控制了電壓、無功、諧波三大指標，極大地改善了供電質量，提高了電網的經濟效益，是我國電網快速動態無功調節技術的突破，其大面積推廣應用有助于電網供電節能減排的目標實現。

圖3 msvc 結構框架圖

4.1 冶煉等行業沖擊性大負荷的無功功率補償

在冶煉行業，電弧爐和軋鋼機是耗能大、對供電系統沖擊大的設備，特別是電弧爐作為非線性無規律負荷接入電網，導致電網嚴重三相不平衡，產生負序電流和高次諧波，使電壓畸變更趨復雜化，存在嚴重的電壓閃變，許多中小企業的功率因數只能達到0.7左右。軋鋼機及其他工業對稱負載，在工作中所產生的無功沖擊也會引起電網電壓降及電壓波動，嚴重時使電氣設備不能正常工作，降低了生產效率。

4.2 分布式區域發電系統無功功率補償

典型的風力發電廠機組都選用異步發電機，異步發電機的最大特點是需要從電網系統吸收相應的無功功率才可向外輸出電能，即發電機的激勵無功電流以及定轉子漏抗消耗無功電流要由電網提供，或由電容器補償。若由電網提供，則使電網功率因數降低，導致電網損耗增大；若由電容器補償，則需增加無功補償設備，維持風力發電機輸出電能時的功率因數與電網相同，保持在理想功率因數狀態，需要大容量動態無功補償設備實現就地補償，提高系統的實時功率因數。

MCR 型SVC，采用磁控電抗器與多組投切電容器組相結合，實現大范圍動態跟蹤無功補償，在負載變化、設備啟動或切除的時候穩定電壓，提高系統運行的穩定性與可靠性。

4.3 礦井開采系統動態無功功率補償

礦山的提升機、大功率破碎機、空壓機，采油用的磕頭機，通信行業使用的大功率逆變電源等，消耗大量的無功電能，引起電網電壓降及電壓波動，使功率因數下降，傳動裝置會產生有害高次諧波。

提升機起升下降的過程中，電壓閃變和電壓波動非常明顯。對于功率因數低、大量電感性負載變化大，而對其他設備的正常運轉造成影響的場合，磁控電抗器型SVC 能夠快速完成全部無功補償，動態穩定電壓、提高負載能力、消除閃變波動，有效消除諧波，節電效果非常顯著，經濟效益極為可觀。

4.4 電氣化鐵路無功補償

電氣化鐵路的變配電系統比較大，負載變化頻繁，導致了電網中電壓降落和電壓閃變，功率因數低。應用MCR 動態無功補償系統綜合進行無功補償和濾波，能有效地解決牽引變電站功率因數低、諧波含量高、電壓波動和閃變等問題，減少了系統的損失，降低了維修費用，提高系統帶負載的能力。

5 總結

MCR 技術是當今世界級別的最先進技術，廣泛應用在電力系統及相關行業，如動態無功補償（SVC）、高壓電機軟啟動、快速自動調諧消弧線圈、高速可調限流電抗器等裝置，具有快速響應、適應各種電壓等級、功耗低、占地面積小、無電磁輻射、低諧波、高可靠（免維護）等優點。MCR 裝置應用于輸電、供電系統，可實現各級電網的無功功率自動快速連續調節、穩定電壓、降低輸電損耗、改善電能質量。未來該技術必定繼續完善也將拓展出行業的另一片新天地。

[1] 劉振亞.特高壓交流輸電技術研究成果專輯（2005 年）[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 田銘興,勵慶孚,王曙鴻；磁飽和式可控電抗器的等效物理模型及其數學模型[J]；電工技術學報；2002 年04 期

[3] 王慶杰；劉建飛；磁閥式可控電抗器在特高壓電網中的應用與分析[A]；2007 中國繼電保護及自動化行業年會論文集[C]；2007 年