[发明专利]垂直双激励可控电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力设备及新材料应用领域，尤其涉及一种可控电抗器。

背景技术

可控电抗器作为电力系统中不可或缺的设备，其应用非常广泛，技术升级潜力巨大。下面简要列举其典型的应用和功能。

(1)在超高压电网中作调相调压设备

可控电抗器由于可做成任何电压等级，直接并入超高压电网，因此具有显著的技术优势和经济性。在超高压电网的枢纽站和大型终端站，为了补偿地区所需无功以调整电压和维持系统稳定，以及对于今后在更多地区兴建坑口电站和大型水电站(如三峡水电站)，为改善系统的稳定性能和减少输电损耗，使受端所需无功进行自我补偿，都需要很大的调相容量。可控电抗器将为我国今后解决这一矛盾提供一个理想的途径。

(2)在远距离输电系统中，在轻载时由于法拉第效应会在线路末端产生电压升高现象。假如送端系统较弱，则送端电压也会有所升高。由于超高压系统的绝缘水平只有少量裕度，所以此种稳态工频过电压就成了安全运行的严重威胁。以往是靠装设固定联接的并联电抗器来吸收过剩无功，以抑制工频过电压。但是固接的大容量并联电抗器带来了以下不利影响：(a)增大了等效波阻抗，减少了自然功率值和线路传输能力；(b)在重载输电时，仍需给电抗器提供大量无功，这就要求受端系统增大容性补偿无功和相应投资；(c)因电抗器有持续的有功损耗而增大输电成本。可控电抗器能直接接在超高压线路侧(开关在内)，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。除了可限制上述工频过电压外，可控电抗器还能大幅度地限制因线路开关操作而产生的操作过电压，从而可望取代现有的限压装置(如合闸并联电阻)。除抑制系统过电压外，由于可控电抗器有快速的动态响应能力，可以在系统受到某种大的干扰时，自动保持甚至提高端点电压，这样就提高了系统的稳定性，增大了输电能力。此外，在远距离输电系统中，由于可控电抗器能快速补偿无功、稳定电压，因此它是抑制系统功率振荡的有效设备。

(3)在直流输电系统中，可控电抗器配合电容器组可解决高压直流输电需要解决的以下重要问题(a)补偿无功：整流站及送变站各需提供直流输送功率的50％至60％的补偿无功；(b)调整电压；(c)抑制过电压，降低绝缘要求。

(4)在有冲击负荷的电力用户和变电站中，可控电抗器可用来抑制电压闪变、补偿用户无功、提高功率因素以及平衡负载。

(5)在谐振接地配电网中，应用可控电抗器原理制作的可调消弧线圈具有可靠性高、响应速度快、谐波小的优点，

(6)单相可控电抗器接入三相整流电路的零序回路中，根据负荷变化而自动调节，可使系统功率因素接近1.0，而高次谐波分量大大减少。

目前，根据可控饱和原理工作的可控电抗器，最有代表性的是两种：磁阀式可控电抗器和裂芯式可控电抗器。这两种可控电抗器都通过改变铁芯控制绕组中的直流电流大小来改变铁芯的磁饱和度，从而改变电抗器的电抗值。磁阀式可控电抗器的绕组中同时通过交流工作电流和直流控制电流，利用电力电子装置来改变直流控制电流的大小，从而改变电抗器在磁化曲线上的工作点，即铁芯的饱和度(即工作点)，达到平滑调节电抗值的目的。裂芯式可控电抗器的调节原理与磁阀式大体相同，只是它的直流控制绕组是单独的，并且需单独提供激励电源，但直流控制绕组与工作绕组仍共用一个铁芯。这两种可调电抗器的直流主磁通与交流主磁通相互平行，且都以铁芯为磁路，所以它们都属于接触式可控电抗器。这类接触式可控电抗器都工作在磁化曲线接近饱和的区域，其非线性特性使可控电抗器在工作时会产生不容忽视的谐波。应用在高电压线路中时，接触式可控电抗器的控制绕组会产生很高的感应电势，这就对绕组的绝缘水平提出了更高的要求，从而使成本上升，相应地也增大了电抗器的体积。B-H段非线性部分导致的谐波及对绝缘水平的要求较高是现有接触式可控电抗器存在的明显不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种垂直双激励可控电抗器，将直流偏置绕组与交流线圈绕组在空间上彻底分开，通过改变直流偏置绕组的磁通密度来改变工作绕组的磁通，从而改变电抗值。

垂直双激励可控电抗器，包括绝缘套筒、铁芯圆筒、交流线圈绕组和直流偏置绕组，直流偏置绕组缠绕在铁芯圆筒的内外，连接直流偏置电流，铁芯圆筒用作电抗器交直流磁通的主要作用区，套在交流线圈绕组内，交流线圈绕组作为工作绕组串接在交流工作回路中；交流线圈绕组和直流偏置绕组互相垂直并分别通以交流和直流电流，通过交直流磁场的相互作用改变电抗器铁芯的张量磁导率，改变电抗器的电抗值。