磁控電抗器

磁控電抗器用作無功補償可以平滑的調(diào)節(jié)輸出的無功，比一般的無功補償設備具有更多的作用。

（1） 提高功率因子，降低網(wǎng)損，可以使功率因子達到0.9-0.99的要求

（2） 阻尼系統(tǒng)振蕩，提高阻尼極限，提高輸電線傳輸能力

（3） 提高電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定能力

（1） 穩(wěn)定端點電壓（防止電壓過高或過低），提高變壓器與輸電線以及其他電器設備的壽命。

（2） 消除諧波污染，提高系統(tǒng)安全系數(shù)，延長設備壽命，降低系統(tǒng)損耗

（3） 降低異步電機啟動、電弧爐運行等本地電網(wǎng)沖擊，提高系統(tǒng)安全性，對于弱電網(wǎng)尤其如此。

（4） 消除電壓閃變，專門針對閃變設計的算法，將電壓閃變降至最低水平，提高用戶電能質(zhì)量。

（5） 擴容。在很多場合安裝動態(tài)無功補償裝置，可以實現(xiàn)1.2-1.5倍的擴容，大幅節(jié)約擴容開支。

（6） 提高功率因子?？梢允构β室蜃舆_到0.9-0.99的要求，降低網(wǎng)損，降低無功損耗，節(jié)省電費開支，適 用于電力系統(tǒng)龐大網(wǎng)損非常嚴重的用戶。

基于MCR的SVC裝置是電氣化鐵路牽引變電站實現(xiàn)對負荷的跟蹤控制、提高功率因數(shù)的最佳方案。由于電氣化鐵道牽引變電站的負荷具有瞬時性，當電力機車駛過時，負荷突然出現(xiàn)，列車過后，負荷消失，采用傳統(tǒng)的開關投切電容器將會出現(xiàn)一個牽引變電所每天出現(xiàn)上百次的開關投切動作，嚴重地縮短電氣設備的使用壽命，并且電氣化鐵道的不對稱造成其負序分量很嚴重。將基于MCR的SVC裝置用于牽引變電站供電的變電站，可有效的減小不對稱，降低負序分量，消除電網(wǎng)的安全隱患。

在我國的煤炭企業(yè)中存在大量的提升機等間隙性沖擊負荷，不僅無功波動較大而且諧波污染嚴重，如果不對這些問題進行處理，將會導致電能質(zhì)量低下且諧波污染嚴重，并導致功率因數(shù)以及諧波超標罰款，采用電容投切時無功補償裝置時會出現(xiàn)兩種情況：當無功或功率因數(shù)設置過小時雖然能保證這些提升設備工作期間不頻繁投切，但會造成此時井下的電氣設備供電電壓突然降低，影響電氣設備及其保護控制設備正常工作；如果無功或功率因數(shù)設定值較高，則會出現(xiàn)電容器組頻繁投切現(xiàn)象，容易造成電氣設備的損壞，影響電氣設備的使用壽命。采用MCR型高壓動態(tài)無功補償裝置是解決這個問題的理想解決方案。

此外，在煤炭與化工企業(yè)，由于存在著一些危險因素（如煤井下的瓦斯氣體、化工廠的易爆炸性氣體），采用傳統(tǒng)的開關投切方式由于投切過程中機械動作時產(chǎn)生火花、電容器組受沖擊易損壞等諸多因素，使得在這些環(huán)境中工作時的安全性降低，而采用磁控電抗器的靜態(tài)無功補償裝置由于不進行任何的機械操作，可以在危險環(huán)境中安全工作20年以上。

冶金系統(tǒng)中的軋機與電弧爐負載是一種及其特殊的負荷，它能夠在極短時間（小于1s）內(nèi)負荷從很小的值變化的非常大的值，并且變化頻率很快，這樣會造成這些企業(yè)內(nèi)的顯示儀表在不停地高速擺動，無法讀數(shù)，而且其工廠內(nèi)照明燈不停地閃動，采用傳統(tǒng)的電容投切式無功補償裝置無法解決這個問題，采用自耦變壓器型動態(tài)無功補償裝置也無法解決這個問題，只有采用基于磁控電抗器的靜態(tài)無功補償裝置或采用TCR型靜態(tài)無功補償裝置才能解決。基于MCR的SVC裝置是冶金系統(tǒng)中的軋機與電弧爐供電系統(tǒng)無功補償?shù)妮^為理想選擇，MCR快速的響應能力為這些系統(tǒng)提高功率因數(shù)，改善電能質(zhì)量提供了保證，高度的可靠性以及優(yōu)異的工業(yè)性能，為供電系統(tǒng)的安全、可靠運行提供了保障，高的可利用率提高了生產(chǎn)效率、質(zhì)量和效益，極長的設備使用壽命確保了長遠的回報。與傳統(tǒng)的用于軋機與電弧爐補償?shù)钠渌邏簾o功補償裝置比起來，MCR型SVC具有可靠性高、基建成本低、占地面積小、維護成本低、設備造價合理等明顯的優(yōu)點。

基于MCR的SVC裝置應用于風電場變電站無功的連續(xù)、無觸點、動態(tài)調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少風電場電網(wǎng)接入點與電網(wǎng)的無功交換直至為0，實現(xiàn)系統(tǒng)無功動態(tài)平衡，達到風電場接入電網(wǎng)國家標準的要求。濾除諧波電流，使風電場諧波電流和諧波電壓達到國標要求。MCR型SVC還可起到抑制電網(wǎng)電壓波動，穩(wěn)定電壓的作用，并降低電能質(zhì)量對風力發(fā)電機組的不良影響，當系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落時，快速調(diào)整無功輸出，促進電壓恢復?？紤]到風電場地理位置偏僻，運行環(huán)境惡劣，維護人員很少等特點，MCR型高壓動態(tài)無功補償裝置是風電場實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)睦硐脒x擇。

對于我國大量的變電站而言，電容器利用率低，投切管理麻煩的問題廣泛存在，現(xiàn)在安裝的大量VQC裝置，雖然可以對變壓器有載調(diào)壓開關和電容器組以及電抗器投切開關進行自動控制，但是，很容易導致電容器組投切動作頻繁，有載調(diào)壓開關動作頻繁等問題，降低了設備壽命，增加了安全隱患。在現(xiàn)有無功補償系統(tǒng)的基礎上加裝MCR，將大大提高無功補償效果，減少甚至避免投切操作、節(jié)能降耗、改善電能質(zhì)量。在樞紐變電站安裝MCR型動態(tài)無功補償裝置還可大幅提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定能力，提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平。

一些紡織企業(yè)（如絲綢紡織廠）、顯像管制造廠（如安彩），其加工出的產(chǎn)品質(zhì)量與電網(wǎng)的電壓質(zhì)量要求很高，電壓質(zhì)量突降或瞬間跌落會造成其產(chǎn)品中出現(xiàn)大量的廢品，采用MCR型靜態(tài)無功補償裝置可以在很短時間內(nèi)改善其電壓質(zhì)量。

由于電力系統(tǒng)的需求，可控電抗器一直以來就是一個研究熱點，其中前蘇聯(lián)科學家提出的借助直流控制的磁飽和型可控電抗器得到了推廣和應用。該類電抗器是借助控制回路直流控制電流的激磁改變鐵心的磁飽和度，從而達到平滑調(diào)節(jié)無功輸出的目的。它是在磁放大器的基礎上發(fā)展起來的。早在1916年就由美國的E.F.W亞歷山德遜提出了“磁放大器”的報告。到了40年代，隨著高磁感應強度及低損耗的晶粒取向硅鋼帶和高磁導、高矩形系數(shù)的坡莫合金材料的出現(xiàn)，將飽和電抗器的理論和應用提高到了一個新水平，1955年世界上第一臺可控電抗器在英國制造成功，其額定容量為100MVA，工作電壓為6.6 ~22 。20世紀70年代以來，由于可控硅器件迅速發(fā)展及相控電抗器的出現(xiàn)，可控電抗器被打入“冷宮”。隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，人們對供電質(zhì)量及可靠性的要求越來越高。由此產(chǎn)生了一系列問題：超(特)高壓大電網(wǎng)的形成及負荷變化加劇，要求大量快速響應的可調(diào)無功電源來調(diào)整電壓，維持系統(tǒng)無功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。20世紀70年代以來發(fā)展起來的相控電抗器（TCR）高昂的造價決定了其在電力系統(tǒng)中廣泛應用的不合理性。鑒于上述原因，電力專家們轉而尋求更加經(jīng)濟和可靠的可調(diào)無功補償裝置。

1986年，原蘇聯(lián)學者提出了磁閥式可控電抗器的新型結構，從而使得可控電抗器的發(fā)展有的突破性進展。新型可控電抗器可以應用于直到1150KV 的任何電壓等級的電網(wǎng)作為連續(xù)可調(diào)的無功補償裝置，因而可直接接于超高壓線路側，同時發(fā)揮同步補償機和并聯(lián)電抗器的作用。

磁控電抗器由控制部分和電抗器本體組成，原理圖(單相)如下，該電抗器的主鐵芯中間部分是長度為L的小截面段，上下兩個半芯柱上分別對稱地繞有匝數(shù)為N/2的繞組；每一鐵芯柱的上（下）繞組有一抽頭比為δ=N2/N的抽頭，它們與各自鐵芯柱的下（上）繞組的首（末）端之間接有晶閘管K1和K2，不同鐵芯的上、下兩個繞組交叉聯(lián)接后并至電網(wǎng)，二極管D則橫跨在交叉端點用于續(xù)流。當晶閘管K1、K2均不導通時，可控電抗器相當于空載變壓器，容量很小；若在電源電壓的正負半周內(nèi)輪流觸發(fā)導通K1、K2，則可在繞組回路中產(chǎn)生一定大小的直流偏磁電流，其在兩并聯(lián)繞組中自成回路，不流向外部電路。該控制電流所產(chǎn)生的直流磁通使工作鐵芯柱飽和，可控電抗器等值容量增大。調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)延遲角的大小可以改變鐵芯磁飽和度，從而達到控制電抗器容量的目的。

武漢大學于20世紀90年代初開展了MCR方面的研究，已成功地研究出了應用于配電網(wǎng)的磁閥式補償裝置和消弧線圈，并在幾個電氣化鐵道牽引站中投運（容量在4.5 Mvar以下）。上海交通大學、華北電力大學、浙江大學和華中科技大學也展開了這方面的研究，并獲得了較大進展。中國電力科學研究院聯(lián)合沈陽變壓器廠展開了對超高壓MCR的研究，2006年研制出了500kV三相40Mvar的MCR樣機已通過廠內(nèi)試驗，2007年4月運抵湖北現(xiàn)場。

近年來，隨著國家發(fā)展智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的提出，對于MCR的需求不斷加大，MCR的發(fā)展會更加迅速。

磁控電抗器是利用直流助磁的原理，即利用附加直流勵磁，磁化電抗器鐵心，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器鐵心的磁飽和程度，改變鐵心的磁導率，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)。

在電抗器的整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，僅有小截面段的鐵心磁路工作在飽和區(qū)，而大截面段始終工作于未飽和線性區(qū)。左圖為鐵心磁化曲線示意圖，曲線中間部分為未飽和線性區(qū)，左、右兩邊為極限飽和線性區(qū)。若使電抗器工作在極限飽和線性區(qū)，不僅可以減小諧波含量，同時亦能大幅減低鐵心磁滯損耗，電抗器鐵損控制在理想狀態(tài)。

右圖為電抗器外加交流電壓時的兩種工作狀態(tài)。當電抗器繞組接至電源電壓時，在可控硅T1、T2兩端感應出電壓。該電壓正半周觸發(fā)導通可控硅T1，在回路中產(chǎn)生直流控制電流;電源電壓負半周期觸發(fā)導通可控硅T2，也在回路中形成直流控制電流，使電抗器工作鐵心飽和，輸出電流增加?？煽仉娍蛊鬏敵鲭娏鞔笮∪Q于晶閘管控制角α，α越小，產(chǎn)生的控制電流越強，從而電抗器工作鐵心磁飽和程度越高，輸出電流越大。因此，改變晶閘管控制角，可平滑調(diào)節(jié)電抗器容量。