TCR式SVC与MCR式SVC的区别与比较 - 图文(5)

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1.2 国内磁控电抗器的发展情况

随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向钢带和高磁导率、高矩形系数的薄膜合金材料的出现，磁放大器以及饱和电抗器的理论及应用达到一个新水平，并且已引入到电力系统。磁控电抗器控制技术是高压无功补偿技术领域的一项高新技术，最早在50年代初在美国、俄罗斯等国提出，其关键技术在于磁控电抗器（MCR）。磁控电抗器的原理是通过调节电抗器工作铁心的磁饱和度来改变其输出容量，从而实现无功功率的动态可调。该技术诞生初期采用全饱和技术，装置本身的谐波含量达到35%，性能参数很不理想。90年代该技术得到了进一步完善，采用小截面饱和技术，使谐波含量大大降低,权威机构认证,磁控式技术将取代相控式成为优先选择的补偿滤波技术。目前国外的磁控式动态无功补偿在电气化铁路上得到大量应用，容量最大的达到120MVar。另外还应用于配电电网、提升机、变频驱动、水处理等的无功补偿和谐波抑制，兼有电压调节目的功能。

我国在磁控电抗器高压无功补偿技术的研究上近年来也取得较大成果，但大部分局限于理论阶段,或由于制造工艺问题,很难推广应用。自1990开始我国对磁控电抗器研究，先后发展经历了磁饱和式的磁控电抗器和非磁饱和式的磁控电抗器，铁心结构先后发展出现了磁阀式、裂心式、磁路并联漏磁自屏蔽的结构型式。

磁饱和式可控电抗器是采用直流助磁原理，通过调节控制绕组中的励磁电流，来控制铁心的磁饱和程度，以实现电抗的连续可调，铁心结构型式有磁阀式、裂心式；控制绕组励磁型式有自耦式励磁和外部励磁 。

磁阀式可控电抗器，两个心柱上对称地绕N/2匝数的绕组；每一绕组各有N2／N的抽头，之间接有晶闸管T1和T2，两个绕组交叉联接后并至电网，二极管D用于续流。当T1、T2均不导通时，电抗器相当于空载变压器；在电源电压正负半周内轮流触发T1、T2，则在绕组回路中产生直流偏磁电流。该控制电流产生

图15 磁阀式可控电抗器结构示意图

直流磁通使铁心饱和，可控电抗器等值容量增大。调节晶闸管触发角的大小以改变铁心磁饱和度，从而达到控制电抗器容量的目的。 磁阀式可控电抗器结构示意图见图15所示。磁阀式可控电抗器，虽然具有晶闸管控制电压低，可靠性相对较高，占地面积小，维护量小等优点，但磁阀式可控电抗器存在着铁心的硅钢片长期工作在过饱和区域，铁心损耗大、温升高、噪声大、铁心截面利用率低、结构和加工工艺十分复杂等问题。致使磁阀式可控电抗器这项技术，长期以来，未能在电网中广泛的推广应用。

裂心式可控电抗器，铁心分裂为两半，匝数各为Nk的两个直流控制绕组，分别套在半铁心柱上，所产生的直流磁通在半铁心自成回路；交流绕组N1绕在整体的两个铁心柱上，所产生的交流磁通通过两个并联半铁心和旁轭闭合。控制绕组由电压为Ek的直流电源提供。调节Ek的大小以改变铁心的磁饱和度，可以平滑地改变电抗器的容量。 裂心式可控电抗器结构示意图见图16所示。裂心式可控电抗器具有瞬时过负载能力，能大幅度限制操作过电压，适用于电压等级较高的线路，但裂芯式可控电抗器拥有需要单独的直流控制电源，具有明显的非线性伏安特性 ，自身产生的谐波量较大，铁芯柱长期工作在过饱和区域，损耗大、温升高、噪声大，且材料成本比磁阀式可控电抗器高等缺点，使得其也未能在电网中得到广泛的推广和应用。

为了更好的将磁控电抗器技术进行应用，国能子金电气有限公司的多位专家、工程师通过大量的科学实验和应用实验，收集了大量的数据，经过艰苦的攻关，成功地解决了磁控电抗器在制造、工艺上存在的问题，并开发出了高科技产

图16 裂心式可控电抗器结构示意图

品---BKS磁控电抗器，BKS磁控电抗器是属于非磁饱和式可控电抗器，其铁心结构是采用磁路并联漏磁自屏蔽的结构型式，截面由不饱和区域铁心和饱和区域铁心，交错排列组成并联磁路，通过调节可控硅触发导通角，控制附加直流励磁电流，励磁磁化铁心。调整不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，以改变并联磁路中不饱和区域的磁化程度和饱和区域的磁饱和程度，实现电抗值的连续、快速可调。磁控电抗器饱和区域铁心的漏磁通，通过不饱和区域铁心吸收而形成自屏蔽，使铁心的损耗、噪声、谐波含量大幅度降低。不需要采用单独的磁屏蔽装置，也不需要在金属结构件上附设磁屏蔽结构，工艺简单、可靠。具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高﹑价格低﹑占地面积小等显著优点，是理想的动态无功补偿和电压调节设备。由北京国能子金公司生产的磁控电抗器投运的现场照片见图17所示。

图17 磁控电抗器运行

2. MCR式SVC的结构及工作原理

MCR式SVC也是并联无功补偿装置中的一种，它是通过控制MCR中励磁装置晶闸管的导通角来控制附加直流励磁电流的大小，改变铁心磁导率，以致改变电抗器电抗值的大小，以致改变无功输出电流的大小，从而改变无功补偿容量的大小。

2.1 MCR+FC型SVC的补偿原理

MCR+FC型SVC装置由补偿（滤波）支路和磁控电抗器（简称MCR）并联支路

组成，其中补偿（滤波）支路经隔离开关固定接于母线，通过调节磁控电抗器的输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。MCR式SVC装置一次系统示意图见图18所示。MSVC补偿效果示意图见图19所示。

10kV(35kV)11次及高次补偿（滤波）5次补偿（滤波）7次补偿（滤波）支路支路支路MCR支路图18 MSVC一次系统示意图

图19 MSVC补偿效果示意图

2.2 MCR的结构与基本原理 2.2.1 MCR基本工作原理

磁控电抗器采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。

磁控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，单相四柱铁心结构电抗器结构如图20所示，在中间套有线圈的两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，大截面段始终工作于未饱和线性区，仅有小截面段

铁心磁路饱和，且饱和的程度很高。

图20 单相磁控电抗器铁心、线圈示意图

图21为铁心理想磁化曲线示意图，曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗器铁损控制在理想状态。

图21 铁心磁饱和特性

2.2.2.原理接线图

磁控电抗器控制原理接线图如图22所示。在磁控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有两个线圈，其上有抽头，它们之间接有可控硅T1、T2，不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，续流二极管D接在两个线圈的中间。

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图22 磁控电抗器原理接线图

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