專利名稱：采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及一種采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，西北地區(qū)將沿河西走廊建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基 地，其遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)情況下風(fēng)電的高效經(jīng)濟(jì)送出和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 已經(jīng)成為制約西北地區(qū)風(fēng)電發(fā)展的兩大技術(shù)難題。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性 的特點(diǎn)。風(fēng)電場出力變化較大，風(fēng)電功率波動(dòng)使西北750kV輸電通道上無功波動(dòng)頻繁，無功 電壓控制困難并導(dǎo)致了電壓穩(wěn)定問題，增加了西北電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的難度，限制過電壓和無 功補(bǔ)償矛盾突出。特高壓輸電線路巨大的容性充電功率、劇烈的潮流變化以及有限的絕緣裕度給系 統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)、過電壓抑制提出了較高的要求，存在限制過電壓和無功調(diào)節(jié)之間矛盾難以 協(xié)調(diào)的問題?？煽夭⒙?lián)電抗器作為提高系統(tǒng)調(diào)控靈活性的有效手段，可有效解決750kV風(fēng)電送 出通道以及特高壓輸電線路無功補(bǔ)償和電壓控制的問題，提高電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運(yùn)行 極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，并可以有效減輕調(diào)度運(yùn)行的壓力，是實(shí)現(xiàn)750kV 以及特高壓輸電通道高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具?？煽夭⒙?lián)電抗器主要包括磁控式可控并聯(lián)電抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR)、分級式可控并聯(lián)電抗器(Stepped Controlled Shunt Reactor, SCSR)以及晶閘管控制變壓器(Thyristor Controlled Transformer, TCT)型可控并聯(lián)電 抗器三種結(jié)構(gòu)形式。其中，分級式可控并聯(lián)電抗器具有控制方式簡單、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快、運(yùn) 行安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，在我國750kV輸電系統(tǒng)和特高壓輸電系統(tǒng)中還沒有可控并聯(lián)電抗器裝置投 入使用。國內(nèi)外也沒有本發(fā)明提出的串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投 入超高壓/特高壓電網(wǎng)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用串聯(lián)公共電抗器配置的可控并聯(lián)電抗器裝置，解 決我國750kV風(fēng)電送出通道以及特高壓輸電線路無功補(bǔ)償和限制過電壓之間的矛盾，提高 電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運(yùn)行極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，減輕調(diào)度運(yùn)行的壓 力，并配合中性點(diǎn)電抗器限制潛供電流。且斷路器不需開斷感性電流，延長了斷路器的使用 年限。本發(fā)明給出了一種適用于750kV和特高壓系統(tǒng)的采用串聯(lián)公共電抗配置的可控 并聯(lián)電抗器裝置，其本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，根據(jù)需求可采用高短路阻抗形式，即通過加大變 壓器的漏抗，將變壓器和電抗器合于一體，或采用普通變壓器再外接電抗器的形式。三相高壓側(cè)繞組接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，低壓側(cè)繞組末端直接接地，在低壓繞組上配置晶間管閥、輔助電抗 器、斷路器和串聯(lián)公共電抗器。各相的輔助電抗器分別串聯(lián)，接于低壓側(cè)繞組的首、末端之 間；各容量級閥組、各容量級旁路斷路器首端分別與各輔助電抗器首端相連，各容量級閥組 末端接地，各容量級旁路斷路器末端短接后經(jīng)公共串聯(lián)電抗器接地。采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器分別工作于額定容量的不同 等級，實(shí)現(xiàn)對一次系統(tǒng)所需無功的補(bǔ)償。輔助電抗器和公共串聯(lián)電抗器的分壓為相應(yīng)的 晶閘管閥提供了取能和開通電壓，使得容量的切換過程完全通過晶閘管閥電流過零投切實(shí) 現(xiàn)。在容量從小到大切換時(shí)，由于輔助電抗器的分壓作用，晶閘管閥在電流過零點(diǎn)觸發(fā)導(dǎo) 通，對系統(tǒng)無沖擊，隨后斷路器閉合承擔(dān)長期工作電流；在容量從大到小切換時(shí)，由于公共 串聯(lián)電抗的作用，晶間管滿足取能電壓條件可以導(dǎo)通工作，把電流轉(zhuǎn)移到晶間管，由晶閘管 開斷電流，斷路器只是機(jī)械開合，有效延長斷路器使用壽命。當(dāng)各種故障發(fā)生時(shí)，該可控并 聯(lián)電抗器可以快速調(diào)至100%容量，達(dá)到限制工頻過電壓，抑制潛供電流的目的，特別適用 于運(yùn)行方式頻繁調(diào)節(jié)750kv電網(wǎng)和特高壓輸電系統(tǒng)。本發(fā)明提出的一種采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，可控 并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過加大變壓器的漏 抗，將變壓器和電抗器合于一體構(gòu)成，或采用普通變壓器外接電抗器形式。本發(fā)明的可控并聯(lián)電抗器裝置，包括可控并聯(lián)電抗器本體、輔助電抗器、公共串聯(lián) 電抗器、晶閘管閥組和旁路斷路器，其中所述可控并聯(lián)電抗器的高壓側(cè)繞組三相接成“Y” 型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側(cè)繞組的中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地；所述可控并聯(lián)電抗器 的低壓側(cè)三相結(jié)構(gòu)完全相同，三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，低壓側(cè)繞組末端直接 接地；各相的輔助電抗器分別串聯(lián)，接于低壓側(cè)繞組的首、末端之間；各容量級的閥組、各 容量級的旁路斷路器首端分別與各輔助電抗器首端相連，各容量級閥組末端接地，各容量 級旁路斷路器末端短接后經(jīng)公共串聯(lián)電抗器接地。其中，由旁路斷路器承擔(dān)長期運(yùn)行電流，晶閘管閥短時(shí)工作，容量調(diào)節(jié)采用晶閘管 閥電流過零投切的方式；由于輔助電抗器和串聯(lián)公共電抗器的分壓作用，為相應(yīng)晶閘管閥 提供取能和開通電壓，從而使容量分級調(diào)節(jié)過程完全依靠晶間管閥電流過零投切的方式完 成，斷路器不需開合電流；在某一容量級穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由斷路器承擔(dān)長期運(yùn)行電流，晶閘管 閥不需長時(shí)間工作；在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)，控制相應(yīng)的晶閘管閥或關(guān)合斷路器使輸出迅 速達(dá)到最大輸出容量，有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。本發(fā)明的有益效果是①采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并聯(lián)電抗器，調(diào)節(jié)方式簡單，響應(yīng)速度快， 檢修方便，可有效解決限制過電壓和無功補(bǔ)償之間的矛盾，并配合中性點(diǎn)電抗器限制潛供 電流；②輔助電抗器和公共串聯(lián)電抗器的分壓為相應(yīng)的晶閘管閥提供了取能和開通電 壓，使得容量的切換過程完全通過晶閘管閥電流過零投切實(shí)現(xiàn)，斷路器不需開斷電流，延 長了斷路器使用年限，對系統(tǒng)不會(huì)造成沖擊，并避免了分級調(diào)節(jié)過程中瞬間容量跌落的問 題；③由斷路器承擔(dān)長期運(yùn)行電流，晶閘管閥短時(shí)工作，可采用空氣自然冷卻的方式，有效降低了成本，減小了維護(hù)工作量。技術(shù)的新穎性 西北750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級高、充電無功 大、限制過電壓和無功補(bǔ)償矛盾突出、無功電壓控制難度大等問題，目前還沒有可控并聯(lián)電 抗器裝置投入使用。本發(fā)明提供的采用串聯(lián)公共電抗配置的可控并聯(lián)電抗器裝置適用于無 功電壓波動(dòng)頻繁的750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV輸電系統(tǒng)。此外，目前在超高壓輸電系統(tǒng) (500kV和330kV輸電系統(tǒng))中也沒有本發(fā)明提供的采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并 聯(lián)電抗器裝置投入應(yīng)用。技術(shù)的創(chuàng)造性(1)所提出的采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置本體采用變壓 器結(jié)構(gòu)，根據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。采用串聯(lián)公共 電抗器的配置，輔助電抗器和公共串聯(lián)電抗器的分壓為相應(yīng)的晶閘管閥提供了取能和開通 電壓，使得容量的切換過程完全通過晶閘管閥電流過零投切實(shí)現(xiàn)，避免了采用斷路器開斷 感性電流，有效延長了斷路器使用年限。目前國內(nèi)、外投入工程應(yīng)用的可控并聯(lián)電抗器沒有 采用此種結(jié)構(gòu)形式。(2)與目前國內(nèi)、外已投運(yùn)的唯一 1臺(tái)分級式可控并聯(lián)電抗器--昕州500kV分級
式可控并聯(lián)電抗器裝置相比所提出的采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝 置在容量分級調(diào)節(jié)時(shí)，由于串聯(lián)公共電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開通電壓，因此 可由晶閘管閥電流過零投切開通和關(guān)斷電流，斷路器不需開合電流，延長了斷路器使用年 限，并避免了分級調(diào)節(jié)過程中瞬間容量跌落的問題。技術(shù)的實(shí)用性(1)所提出的采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，采用串聯(lián)公 共電抗器的配置使得容量的切換過程完全通過晶閘管閥電流過零投切實(shí)現(xiàn)①在容量從小到大切換時(shí)，晶閘管閥采取過零投切的方式，對系統(tǒng)無沖擊。在晶閘 管閥導(dǎo)通后，斷路器閉合承擔(dān)長期工作電流，晶閘管閥短時(shí)工作，可采用空氣自然冷卻的方 式，有效降低了成本，減小了維護(hù)工作量；②在容量從大到小切換時(shí)，由于串聯(lián)的公共電抗器的分壓作用，晶閘管閥基電子 單元(VBE)滿足取能要求，可以保證閥正常觸發(fā)導(dǎo)通。通過晶閘管閥過零切換的方式，避免 了斷路器開斷感性電流，有效延長了斷路器使用年限；(2)西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)無功波動(dòng)頻繁，無功電壓控制困難，對 可控并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)頻度要求很高。所提出的采用串聯(lián)公共電抗配置的分級式可控并聯(lián) 電抗器裝置，適合于頻繁調(diào)節(jié)，特別適用于西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)，有較好 的工程實(shí)用前景。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置一種典型接線的 原理圖。
具體實(shí)施例方式采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，具 體根據(jù)需求可采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗 器合于一體構(gòu)成，或普通變壓器外接電抗器形式。具有母線可控并聯(lián)電抗器和線路可控并 聯(lián)電抗器兩種工作方式，可在穩(wěn)態(tài)情形下和暫態(tài)情形下實(shí)現(xiàn)無功容量的調(diào)節(jié)。容量的分級調(diào)節(jié)采用晶閘管閥電流過零投切的方式，可分多級，根據(jù)分級數(shù)來確 定晶閘管閥數(shù)量。圖1以等分4級容量(25%、50%、75%、100%4個(gè)容量級)為例，示出了 等分4級容量時(shí)的三相主接線圖。具體形式包括變壓器型主電抗器和輔助電抗器，高壓側(cè) 繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)小電抗接地。低壓側(cè)三相結(jié)構(gòu) 完全相同，低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，低壓側(cè)繞組末端直接接地，在低壓繞組上配置 晶閘管閥、輔助電抗器、斷路器和串聯(lián)公共電抗器。各相的輔助電抗器分別串聯(lián)，接于低壓 側(cè)繞組的首、末端之間；各容量級閥組、各容量級旁路斷路器首端分別于各輔助電抗器首端 相連，各容量級閥組末端接地，各容量級旁路斷路器末端短接后經(jīng)公共串聯(lián)電抗器接地。以 圖1中的b相為例進(jìn)行說明輔助電抗器Xbl、Xb2、Xb3串聯(lián)后與二次繞組并聯(lián)，接于公共 端點(diǎn)b、y上，Xbl與Xb2間的結(jié)點(diǎn)為lb, Xb2和Xb3間的結(jié)點(diǎn)為2b，晶閘管閥Tkl、Tk2、Tk3 的一端分別接在b、lb、2b上，另一端短接后接在y結(jié)點(diǎn)；三個(gè)斷路器的一端分別接在b、lb、 2b上，另一端短接后串聯(lián)一個(gè)公共電抗器Xb接在y結(jié)點(diǎn)。對于裝置無功容量的調(diào)節(jié)采用晶閘管閥電流過零投切的方式，可分多級，可根據(jù) 分級數(shù)來確定復(fù)合開關(guān)數(shù)量，以4級為例來說明工作原理，裝置分25%、50%、75%、100% 四個(gè)等級，每相的晶閘管閥為Tkl，Tk2，Tk3 (k可為a，b，c)。觸發(fā)閥Tkl，SCSR工作在100% 容量級；觸發(fā)閥Tk2，SCSR工作在75%容量級；僅觸發(fā)Tk3，SCSR工作在50%容量級；三組 閥均不觸發(fā)，SCSR可工作在25%容量級。裝置容量與晶閘管閥組對應(yīng)關(guān)系如表1所示。表1投切容量控制表
權(quán)利要求
1.一種采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于可控并聯(lián) 電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過加大變壓器的漏抗，將 變壓器和電抗器合于一體構(gòu)成，或采用普通變壓器外接電抗器形式。
2.如權(quán)利要求1所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于包括可控并聯(lián)電抗器本體、 輔助電抗器、公共串聯(lián)電抗器、晶閘管閥組和旁路斷路器，其中所述可控并聯(lián)電抗器的高壓 側(cè)繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側(cè)繞組中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地；所 述可控并聯(lián)電抗器的低壓側(cè)三相結(jié)構(gòu)完全相同，三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，低 壓側(cè)繞組末端直接接地；各相的輔助電抗器分別串聯(lián)，接于低壓側(cè)繞組的首、末端之間；各 容量級的閥組、各容量級的旁路斷路器首端分別與各輔助電抗器首端相連，各容量級閥組 末端接地，各容量級旁路斷路器末端短接后經(jīng)公共串聯(lián)電抗器接地。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于由旁路斷路器承擔(dān)長期 運(yùn)行電流，晶閘管閥短時(shí)工作，容量調(diào)節(jié)采用晶閘管閥電流過零投切的方式；由于輔助電抗 器和串聯(lián)公共電抗器的分壓作用，為相應(yīng)晶閘管閥提供取能和開通電壓，從而使容量分級 調(diào)節(jié)過程完全依靠晶閘管閥電流過零投切的方式完成，斷路器不需開合電流；在某一容量 級穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由斷路器承擔(dān)長期運(yùn)行電流，晶閘管閥不需長時(shí)間工作；在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故 障時(shí)，控制相應(yīng)的晶間管閥或關(guān)合斷路器使輸出迅速達(dá)到最大輸出容量，有效抑制工頻過 電壓和操作過電壓。
全文摘要
本發(fā)明提出一種采用串聯(lián)公共電抗器配置的分級式可控并聯(lián)電抗器裝置。該裝置本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式或普通變壓器外接電抗器形式。該裝置的高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型。該裝置的低壓側(cè)三相結(jié)構(gòu)完全相同，低壓側(cè)各相的輔助電抗器分別串聯(lián)，接于低壓側(cè)繞組的首、末端之間；各容量級的閥組、各容量級的旁路斷路器首端分別與各輔助電抗器首端相連，各容量級閥組末端接地，各容量級旁路斷路器末端短接后經(jīng)公共串聯(lián)電抗器接地。該裝置在某一容量級穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)由斷路器承擔(dān)長期運(yùn)行電流，晶閘管閥不需長時(shí)間工作。由于輔助電抗器和串聯(lián)公共電抗器的分壓作用，容量調(diào)節(jié)采用晶閘管閥電流過零投切的方式，斷路器不需開合電流。
文檔編號H02H9/04GK102074961SQ20101061437
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者于坤山, 張帆, 張振環(huán), 徐桂芝, 曹銀利, 楊玉林, 武守遠(yuǎn), 雷晰, 靳丹 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司, 甘肅省電力公司