專利名稱：多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)無功補償領域，尤其涉及多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置。
背景技術：
我國能源與負荷中心分布極不平衡，使得采用大容量、長距離輸電線路輸電成為客觀需要。為了提高輸送能力，降低輸電損耗，宜采用超高壓/特高壓線路輸電。然而，超高壓/特高壓交流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，限制過電壓和無功調(diào)節(jié)之間的矛盾非常突出，采用常規(guī)無功補償裝置難以解決?？煽夭⒙?lián)電抗器通過靈活調(diào)節(jié)無功輸出可解決限制過電壓和無功調(diào)節(jié)之間的矛盾，并可提高線路的輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效降低輸電損耗，是超高壓/特高壓輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關鍵技術支撐手段之一?？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)電抗器三種結構形式。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)響應速度快、諧波含量小、運行安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。我國新建的特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級高、容量調(diào)節(jié)頻繁、充電無功大等特點， 目前還沒有分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投入使用。國內(nèi)外也沒有本發(fā)明提出的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投入超高壓/特高壓電網(wǎng)應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，以滿足我國新建的特高壓輸電系統(tǒng)容量調(diào)節(jié)頻繁、充電無功大的要求，有效解決限制過電壓和無功補償之間的矛盾，并配合中性點電抗器限制潛供電流。所提供的裝置中應用復合開關，避免了忻州500kV分級式可控并聯(lián)電抗器裝置分級調(diào)節(jié)過程中瞬間容量跌落的問題，并使得斷路器不需開斷感性電流，延長了斷路器的使用年限，調(diào)節(jié)方式簡單， 響應速度快。本發(fā)明的電抗器裝置的技術方案是可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構，根據(jù)需求可設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。高壓側每柱繞組并聯(lián)后經(jīng)套管弓I出接入超高壓或特高壓電網(wǎng)，低壓側每柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制；根據(jù)實際無功補償?shù)男枨螅恐@組的容量可設計為相同或不同；低壓側每柱繞組分別配置斷路器、晶閘管閥、輔助電抗器、取能電抗器；采用斷路器、晶閘管閥和取能電抗器組成復合開關，通過控制復合開關實現(xiàn)低壓側外接電抗器阻抗與本體短路阻抗相配合，達到無功容量輸出和分級調(diào)節(jié)的目的，滿足系統(tǒng)無功補償?shù)男枨罂煽夭⒙?lián)電抗器在某一容量級穩(wěn)態(tài)工作時，斷路器閉合承擔長期運行電流，晶閘管閥無需長時間工作；在穩(wěn)態(tài)容量切換時，由于取能電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開通電壓，因此可采用晶閘管閥電流過零投切的方式開通和關斷電流，斷路器不需開合電流。在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時，控制復合開關使輸出容量迅速達到最大輸出容量，有效抑制各種操作過電壓。本發(fā)明技術方案的優(yōu)點是①多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器，調(diào)節(jié)方式簡單，響應速度快，檢修方便，可有效解決限制過電壓和無功補償之間的矛盾，并配合中性點電抗器限制潛供電流；②本體主鐵心采用多柱結構，高壓側每柱繞組并聯(lián)后接入超高壓或特高壓電網(wǎng)， 低壓側每柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制。每柱繞組的容量可根據(jù)無功補償?shù)男枨笤O計為相同或不同。這種本體結構形式可充分利用目前特高壓變壓器常用的結構形式，制造方便，技術成熟，解決了特高壓可控并聯(lián)電抗器單柱容量受限的瓶頸問題；③通過控制復合開關與本體短路阻抗相配合實現(xiàn)多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器無功功率的分級輸出，在容量切換過程中采用晶閘管閥電流過零投切的方式開通和關斷電流，斷路器不需開斷電流，延長了斷路器使用年限，對系統(tǒng)不會造成沖擊；④由斷路器承擔長期運行電流，晶閘管閥短時工作，可采用空氣自然冷卻的方式， 有效降低了成本，減小了維護工作量。技術的新穎性新建的特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級高、充電無功大、容量調(diào)節(jié)頻繁等特點，目前還沒有可控并聯(lián)電抗器裝置投入使用。本發(fā)明提供的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置適用于特高壓輸電系統(tǒng)。此外，目前在超高壓輸電系統(tǒng)中也沒有本發(fā)明提供的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投入應用。技術的創(chuàng)造性(1)所提出的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置本體主鐵心采用多柱結構。高壓側每柱繞組并聯(lián)后接入超高壓或特高壓電網(wǎng)，低壓側每柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制。每柱繞組的容量可根據(jù)無功補償?shù)男枨笤O計為相同或不同。目前國內(nèi)、外應用和正在研制的可控并聯(lián)電抗器沒有采用此種結構形式。(2)與目前國內(nèi)、外已投運的唯一 1臺分級式可控并聯(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多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置在容量分級調(diào)節(jié)時，由于取能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。技術的實用性(1)所提出的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，本體主鐵心采用多柱結構，高壓側每柱繞組并聯(lián)后接入超高壓或特高壓電網(wǎng)，低壓側每柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制。這種本體結構形式可充分利用目前特高壓變壓器成熟的結構形式，制造方便，技術成熟，克服了特高壓可控并聯(lián)電抗器單柱容量受限的瓶頸問題；(2)本體主鐵心采用多柱結構，各繞組在高壓側并聯(lián)，每柱容量較小，在特高壓、大容量運行時，可以節(jié)約低壓側晶閘管閥、斷路器、外接電抗器的制造成本；(3)通過控制復合開關與本體短路阻抗相配合實現(xiàn)無功輸出和容量調(diào)節(jié)的分級控制①在容量從小到大切換時，晶閘管閥采取過零投切的方式，對系統(tǒng)無沖擊。在晶閘管閥導通后，斷路器閉合承擔長期工作電流，晶閘管閥短時工作，可采用空氣自然冷卻的方式，有效降低了成本，減小了維護工作量；②在容量從大到小切換時，由于取能電抗器的分壓作用，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；(4)所提出的多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，特別適用于運行方式頻繁調(diào)節(jié)的超高壓/特高壓輸電系統(tǒng)，有較好的工程實用前景。


圖1示出多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置的一種典型原理接線圖(單相)。圖2是圖1的特例，示出了采用本體雙柱結構時的一種典型原理接線圖(三相)。下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
具體實施例方式為闡述清楚，以圖2所示的雙柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器的一種典型原理接線圖為例說明本發(fā)明裝置的工作原理。其中，繞組AX、BY、CZ分別為A、 B、C三相高壓側繞組。繞組alxl、a2x2為A相低壓側繞組，繞組blyl、b2y2為B相低壓側繞組，繞組clzU c2z2為C相低壓側繞組；Xla, Xlb、Xlc為三相輔助電抗器；X2a、X3a、 X2b、X3b、X2c、X3c 為取能電抗器；TKla、TK2a、TKlb、TK2b、TKlc、TK2c 為對應的晶閘管閥組；BKla、BK2a、BKlb、BK2b、BKlC、BK2C為旁路斷路器?？煽夭⒙?lián)電抗器的本體部分采用變壓器結構，具體的實現(xiàn)形式可根據(jù)需求設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。本體主鐵心柱采用雙柱結構形式，高壓側兩柱繞組并聯(lián)后經(jīng)套管引出接至高壓電網(wǎng)，低壓側兩柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制。每柱繞組的容量可根據(jù)無功補償?shù)牟煌枨笤O計為相同或不同，圖2中兩柱繞組的容量設計為相等。低壓側兩柱繞組配置斷路器、晶閘管閥、輔助電抗器、取能電抗器，采用斷路器、晶閘管閥和取能電抗器組成復合開關，對于系統(tǒng)所需無功容量的輸出，通過復合開關與本體短路阻抗配合的方式實現(xiàn)。目前特高壓變壓器繞組通常采用雙柱式結構，本體應用雙柱結構，可利用特高壓變壓器的成熟結構形式；圖2示出的雙柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置典型原理接線的容量輸出可分為25%、50%、75%、100%四個等級。 以A相為例來說明其工作原理復合開關FSla連接在al，xl之間，與Xla并聯(lián)；復合開關 FS2a連接在a2，x2之間。當FSla與FS2a都閉合時，裝置為100%容量運行；FSla斷開， FS2a閉合時，裝置在75%容量運行；FSla閉合，F(xiàn)S2a斷開時，裝置的輸出容量為50%額定容量；當FSla與FS2a均斷開時，裝置工作在25%容量級。裝置容量與復合開關對應關系如表1所示
表1裝置容量與復合開關對應關系
權利要求
1.一種多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器，其特征在于電抗器的本體采用變壓器結構，根據(jù)具體的需求可采用高短路阻抗形式構成，即通過加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗器合于一體構成，或采用普通變壓器再外接電抗器的結構形式構成。
2.如權利要求1所述的可控并聯(lián)電抗器，其特征在于電抗器的本體主鐵心柱采用多柱結構，每柱上的高壓繞組并聯(lián)后由套管引出接在超高壓或特高壓電網(wǎng)上；每柱上的低壓繞組由套管分別引出，各自獨立控制。
3.如權利要求2所述的可控并聯(lián)電抗器，其特征在于根據(jù)實際無功補償?shù)男枨?，每柱容量可設計為相同或不同。
4.如權利要求1-3任一所述的可控并聯(lián)電抗器，其特征在于通過復合開關與本體短路阻抗相配合的方式實現(xiàn)可控并聯(lián)電抗器容量的輸出和分級調(diào)節(jié)，復合開關包括斷路器、 晶閘管閥和取能電抗器，在可控并聯(lián)電抗器容量分級調(diào)節(jié)過程中，由于取能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的方式開通和關斷電流，斷路器不需開合電流；當可控并聯(lián)電抗器在某一容量級穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器閉合承擔長期運行電流，晶閘管閥不需長時間工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多柱本體獨立控制復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，該可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構，可根據(jù)需求設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式；本體主鐵心柱采用多柱結構，每柱高壓側繞組并聯(lián)后經(jīng)套管引出接至超高壓或特高壓電網(wǎng)，低壓側每柱繞組分別經(jīng)套管引出，各自獨立進行控制；根據(jù)低壓側每柱繞組結構配置斷路器、晶閘管閥、輔助電抗器、取能電抗器。采用斷路器、晶閘管閥和取能電抗器組成復合開關，通過控制復合開關與本體短路阻抗相配合，實現(xiàn)無功容量的輸出和分級調(diào)節(jié)。
文檔編號H02J3/18GK102237687SQ20111007925
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者于坤山, 張帆, 張振環(huán), 徐桂芝, 武守遠, 賈跟卯, 鄧占鋒, 雷晰 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司