國內外可控電抗器的分類及其作用

    國內外可控電抗器的分類及其作用
    1、調匝式可控電抗器[5]改變電抗器繞組的匝數是一種有效的改變電抗地方法，匝數的很小改變可導致電抗值較大的改變。這種方法可用于調節線路的最大無功功率和最高電壓。

    實際工程中，常利用變壓器的有載調壓分接開關來改變匝數，從而調節無功功率。電抗器部分繞組的連接和切斷過程與變壓器的基本相同，不同之處在于變壓器的分接開關僅改變繞組比，而電抗器的無功功率受繞組匝數比的影響很大。如果忽略繞組區內漏磁通的影響，無功功率在恒定電壓下將間接與匝數平方成正新型調電路式可控電抗器的研究比。這就是意味著在相等匝數下功率隨斷開級數的上升而上升。通過調節不同級的不等匝數，可以近似獲得相等的無功功率。

    2、晶閘管控制變壓器型可控電抗器
    晶閘管控制變壓器型可控電抗器的原理圖如圖1.1所示。其中高壓主繞組1和低壓控制繞組2之間的漏抗電壓為100％，K為雙向晶閘管，改變它們的導通角，可使電抗器在極小的勵磁容量到全容量之間平滑變動，電抗值可在開路電抗與短路電抗間調節。繞組2的電壓很低，故晶閘管的選擇比較容易。圖1.1中的3為補償繞組，它與其他兩相的相應繞組接成三角形，以便為3及其奇數倍次諧波電流提供通道而不使其注入電網。這種電抗器的特點是其響應時間極短，只有0.01s，可在超高壓電網中應用。但是由于必須采用濾波裝置，且損耗很大，故它的使用范圍受到限制。

    3、直流助磁式可控飽和型電抗器
    圖1.2所示的為一種直流助磁式可控電抗器(Controlled Saturant Reactor, CSR)。中間主鐵心柱一分為二，分別繞以上、下兩個繞組，中間部分交叉連接。此外，另有兩個繞組由外接電源和晶閘管供電，由此產生的直流助磁在兩個分裂鐵心柱內自我閉合而不向邊柱鐵心流出。改變晶閘管的導通角，即可改變直流助磁繞組的電流大小，從而通過改變分裂鐵心柱的飽和程度來調節電抗器的容量。這種可控電抗器克服了TCT的上述缺陷，控制策略易于實現，控制精度高，控制系統較簡單，動態性能好，響應速度快，在超高壓電力系統中已有成功應用的范例，但是它的缺點是有功損耗比較大。

    4、磁閥式可控電抗器
    可以改變交直流控制電流的大小，從而改變電抗器鐵心截面段的飽和程度，平滑連續調節電抗器的容量。磁閥式可控電抗器制造工藝簡單、成本低廉，對于提高電網的輸電能力調整電網電壓，補償無功功率，以及限制過電壓都有非常大的應用潛力。

    5、多并聯支路可控電抗器
    如圖1.4所示，多并聯支路可控電抗器是在TCT的基本接線方式基礎上，采用多繞組低壓并聯電抗器和串聯可控整流方式。它保持了TCT高速響應的特點，但不必采用濾波裝置，同時損耗也減少了，呈現出明顯的技術優勢。研究表明[7]，采用高漏抗的變壓器，在其低壓側設置若干雙向可控的并聯電感支路，并依次逐步開通投入，可將諧波電流抑制到容許水平以下。 

    6、裂芯式可控電抗器
    三相超高壓裂芯式可控電抗器(Split Core Type Thyristor Controlled Reactor,
新型調電路式可控電抗器的研究SCTTCR)主繞組的結構布置如圖1.5所示(分裂鐵心及組未畫出)。它由兩個并聯的三相繞組單元組成，其中兩個閉合三角繞組用以消除3及其奇倍數的諧波電流，左、右單元的三相繞組間分別為右旋和左旋Z形接線，借以抑制5、7次及其倍數次諧波電流。電抗器的工作鐵心分裂為兩半，匝數各為Ny的兩個直流控制繞組(助磁繞組)分別套在半鐵心柱上，所產生的直流磁通在兩上半鐵心自成回路，交流工作繞組N繞在整體的兩個鐵心柱上。所產生的交流磁通通過兩個并聯半鐵心和旁軛閉合。控制繞組由電壓為Ny的直流電源供電，調節Ny的大小以改變鐵心的磁飽和度，可以平滑地改變電抗器的容量。該電抗器具有優良的補償性能，能大幅度地限制線路操作過電壓，在電力系統中已成功地得到應用。

    7、調氣隙式可控電抗器
    圖1.6為作連續調節式消弧線圈的調氣隙式可控電抗器結構簡圖。中心部分的鐵心柱呈圓柱形，分割為上、下兩部分。用電動機帶動傳動軸來控制其上、下運動，從而調節磁路的氣隙尺寸，導致鐵心內的磁通改變，達到連續改變消弧線圈電抗值的目的，同時，使調節范圍也大為增加。鐵軛量呈放射狀布置在圓柱形鐵心的四周。調氣隙式可控電抗器目前主要用作消弧線圈，由于它不需要切換分接抽頭，所以不會在油箱內產生電弧，造成油的污染，使運行維護大大簡化，并且整個外形尺寸較小。
 
    8、超導型可控電抗器
    超導型可控電抗器(Super-Conducting Type Controlled Reactor, SCTCR)是利用超導體的超導(S)/正常(N)態的轉變特性。線路正常時，超導體處于超導態，具有零電阻和完全排磁通效應(邁斯納效應)，裝置阻抗很低；在發生短路故障時，它轉為常態，具有一定的電阻，失去完全排磁通效應，使裝置阻抗迅速增大以限制短路電流。超導型可控電抗器有飽和鐵心電抗器型、磁通鎖型、變壓器型、三相電抗器型、超導限流變壓器型、混合型、磁屏蔽感應型以及橋路型等結構形式。SCTCR集檢測、轉換和限流于一體，響應速度快，且具有自恢復功能，與其它裝置相比具有無可比擬的優越性，是一種理想的限流裝置，具有廣闊的應用前景。

    9、變耦式可控電抗器
    變耦電抗裝置是一種串聯型的裝置，其原理接線如圖1.7所示[8]。三相串聯互
感器T1和它T2的一次側串聯后接入同一三相輸電線路中，二次側經晶閘管開關裝置聯接，晶閘管開關裝置可以改變兩個串聯互感器二次側的聯結組別或任意一個二次繞組匝數，進改變每個互感器的磁耦合。當電流經過兩個互感器一次側時，將在鐵心中產生自感磁通。二次側繞組中的感應電流將產生互感磁通。一次繞組的電流一定時，自感磁通不變，但二次繞組的電流大小和相位可以通過控制晶閘管開關裝置來改變，故鐵芯中的互感磁通和合成磁通也改變，從而改變了每個互感器一次側的等效電抗。

    變耦式可控電抗的互感器鐵心可設計成帶有氣隙，因而可以認為正常工作范圍內的磁路是線性的，晶閘管開關只在電流過零時換接，電流波形是正弦波，只在過零時有極小缺口，波形分解后諧波含量甚微，可認為無高次諧波，可以且必須與電容串聯才能實現在容性和感性范圍內的電抗調節，因具有串聯諧振特點，變耦式可控電抗特別適用于高壓輸電線路可控串聯補償。變耦式可控電抗調節性新型調電路式可控電抗器的研究能線性度較好，可控參數多，可根據需要選取，用于輸電線路功率調節時，可采取微小措施來均勻分級；另外，變耦式電抗式可控串補與可控串聯電容補償器(Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC)相比可大幅度降低所需要電抗器(或互感器)和電容器設備容量，并降低設備費用，特別適用于高壓輸電線路的容性串聯補償。正常運行時無高次諧波。

    10、晶閘管控制電抗器
    晶閘管控制電抗器(TCR)通常采用相控的方式，改變的是電壓和電流的關系，從而改變的是其等效電抗。進行無功補償，TCR由于自身的優點，在電力系統中的應用非常廣泛。在本論文中提出的調電路式可控電抗器包括多并聯支路可控電抗器、無級連續可控電抗器、分段式可控電抗器。