论快速磁阀可控电抗的技术与应用

黎 亮,冼建能,胡伟新,刘振添

(佛山供电局,广东,528300)

1 磁控电抗器原理

2 最新产品技术特点

2.1 响应速度快（世界最高水平）

创新的快速磁翻转技术使新一代磁阀式可控电抗器的响应速度大幅度提高：空载到额定容量，或额定到空载容量过渡过程时间不大于20ms～60ms；（下图为现场测试3000kVar/10kV 磁控电抗器电流响应波形）

2.2 产生谐波极低（国际先进水平）

独创的优化多级磁阀饱和技术，使可控电抗器整个连续容量调节范围的总谐波含量不超过电抗器额定电流的1.8%；

2.3 损耗很小（国际先进水平）

独特的磁阀结构和先进的制造工艺，使电抗器额定输出容量下的有功损耗在0.5%（大容量）～1.2%（小容量）之间，平均运行损耗为0.3%（大容量）～0.7%（小容量）之间；

2.4 噪音水平低（国际先进水平）

10000kVar 以上容量产品不超过69 分贝，10000kVar 以下容量产品不超过63 分贝。

3 各级电网无功潮流连续平滑调节、实时准确可控，是智能电网基本特征之一

3.1 基于磁阀式可控电抗器的变电站电压无功潮流综合控制

110kV 和220kV 变电站的35kV 和（或）10kV 线路均装设断路器分组投切的并联电力电容器组，其配合主变有载调压开关，用以控制负荷侧母线电压在规定范围内，并且进线功率因数尽可能接近1.0。但各变电站对主变有载调压开关和电力电容器组的投切动作次数有严格的限制。

将磁阀式可控电抗器与变电站已经装设的电力电容器组并联，使之成为可快速平滑、连续调节的无功功率源，从而极大地改善系统无功和电压调控能力，实时满足变电站对无功控制的三大目标：

A、保持变电所负荷侧母线电压在规定水平

B、使无功功率尽可能就地平衡，减少因远距离输送无功功率而引起的网损。

C、实现逆调压，即重负荷时，运行电压较高，轻负荷时，运行电压较低，以利于系统运行稳定性并有效地降低网损。

3.2 局域电网分布式实时动态无功补偿和电压调节——区域电网无功优化控制

将现有开关投切电容器组和变压器有载调压控制的无功电压调节模式转化为固定电容器组FC+磁阀式可控电抗器MCR 连续调节和变压器有载调压控制的实时动态无功电压调节方式，配合区域电网分部无功的集中最优潮流控制策略，实现智能电网的高效输电和高品质供电。

某区域电网有220kV、110kV、35kV 及10kV 线路，线路轻载时无功过剩，节点电压偏高。装设普通并联电抗器不能解决电压调节问题，并且由于无功潮流不能做到分层平衡与控制，增加了线路损耗和降低系统运行的安全可靠性。在220kV、110kV、35kV 线路节点处装设总容量为110MVar 的磁阀式可控电抗器，实现平滑的无功调节和电压控制，不仅解决了线路轻载和重载情况下的电压稳定问题，而且减少了11.3%的线路损耗。装设可控电抗器补偿系统的成本因减少线路损耗而回收的年限为2.5 年，如下图1。

3.3 超/特高压电网并联动态无级可控电抗器

在超/特高压输电线路中，直接并入磁阀式可控电抗器，实现无功的实时动态调节，吸收线路充电功率、控制系统无功潮流、减少输电损耗和稳定线路电压。

110kV 及以上电压等级的磁控电抗器采用外励磁结构，高压线圈采用YO 接线，控制绕组采用双三角形接线，结构合理、运行可靠，如下图2。

所研制的110kV 连续动态调节无功的磁阀式可控电抗器维护简单，性能优良。经在湖南怀化田家220kV 变电站两年多的运行表明，该装置运行稳定、可靠，大大改善了系统电压质量和无功分布，降低了系统损耗。研制的110kV 磁阀式可控电抗器动态无功补偿系统填补了国内同类产品的空白，整体达到国际先进水平，在三相一体化铁心结构设计方面达到世界领先水平，并荣获2008 年度湖北省科技进步二等奖。

4 用户侧msvc

用户侧基于QMCR 的快速动态无功补偿与谐波抑制成套装置

新型QMCR 型SVC 快速、有效地控制了电压、无功、谐波三大指标，极大地改善了供电质量，提高了电网的经济效益，是我国电网快速动态无功调节技术的突破，其大面积推广应用有助于电网供电节能减排的目标实现。

图3 msvc 结构框架图

4.1 冶炼等行业冲击性大负荷的无功功率补偿

在冶炼行业，电弧炉和轧钢机是耗能大、对供电系统冲击大的设备，特别是电弧炉作为非线性无规律负荷接入电网，导致电网严重三相不平衡，产生负序电流和高次谐波，使电压畸变更趋复杂化，存在严重的电压闪变，许多中小企业的功率因数只能达到0.7左右。轧钢机及其他工业对称负载，在工作中所产生的无功冲击也会引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率。

4.2 分布式区域发电系统无功功率补偿

典型的风力发电厂机组都选用异步发电机，异步发电机的最大特点是需要从电网系统吸收相应的无功功率才可向外输出电能，即发电机的激励无功电流以及定转子漏抗消耗无功电流要由电网提供，或由电容器补偿。若由电网提供，则使电网功率因数降低，导致电网损耗增大；若由电容器补偿，则需增加无功补偿设备，维持风力发电机输出电能时的功率因数与电网相同，保持在理想功率因数状态，需要大容量动态无功补偿设备实现就地补偿，提高系统的实时功率因数。

MCR 型SVC，采用磁控电抗器与多组投切电容器组相结合，实现大范围动态跟踪无功补偿，在负载变化、设备启动或切除的时候稳定电压，提高系统运行的稳定性与可靠性。

4.3 矿井开采系统动态无功功率补偿

矿山的提升机、大功率破碎机、空压机，采油用的磕头机，通信行业使用的大功率逆变电源等，消耗大量的无功电能，引起电网电压降及电压波动，使功率因数下降，传动装置会产生有害高次谐波。

提升机起升下降的过程中，电压闪变和电压波动非常明显。对于功率因数低、大量电感性负载变化大，而对其他设备的正常运转造成影响的场合，磁控电抗器型SVC 能够快速完成全部无功补偿，动态稳定电压、提高负载能力、消除闪变波动，有效消除谐波，节电效果非常显著，经济效益极为可观。

4.4 电气化铁路无功补偿

电气化铁路的变配电系统比较大，负载变化频繁，导致了电网中电压降落和电压闪变，功率因数低。应用MCR 动态无功补偿系统综合进行无功补偿和滤波，能有效地解决牵引变电站功率因数低、谐波含量高、电压波动和闪变等问题，减少了系统的损失，降低了维修费用，提高系统带负载的能力。

5 总结

MCR 技术是当今世界级别的最先进技术，广泛应用在电力系统及相关行业，如动态无功补偿（SVC）、高压电机软启动、快速自动调谐消弧线圈、高速可调限流电抗器等装置，具有快速响应、适应各种电压等级、功耗低、占地面积小、无电磁辐射、低谐波、高可靠（免维护）等优点。MCR 装置应用于输电、供电系统，可实现各级电网的无功功率自动快速连续调节、稳定电压、降低输电损耗、改善电能质量。未来该技术必定继续完善也将拓展出行业的另一片新天地。

[1] 刘振亚.特高压交流输电技术研究成果专辑（2005 年）[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 田铭兴,励庆孚,王曙鸿；磁饱和式可控电抗器的等效物理模型及其数学模型[J]；电工技术学报；2002 年04 期

[3] 王庆杰；刘建飞；磁阀式可控电抗器在特高压电网中的应用与分析[A]；2007 中国继电保护及自动化行业年会论文集[C]；2007 年