[发明专利]用于快速改变交流电网中阻抗值的瞬变电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于快速改变交流电网中阻抗值的瞬变电抗器。适用于电气工程自动保护控制领域。

背景技术

现代电网中随着电网容量不断增大，电网中短路电流已经超过80kA，但是目前国内外电力设备制造厂商所能生产的大部分高压断路器中，电压等级在 500kV及以上的额定短路电流一般只在63kA以下，而在低压电器断路器中，短路电流也已经超过200kA，但是，常规低压断路器的开断短路电流的能力仅为100kA水平，这个能力很难满足系统需要开断较大短路电流的要求。随着电网容量的不断扩大和全国联网的不断加强，这种矛盾会越来越突出。尽管采用改变电网结构的方法可以解决电网短路电流的抑制问题，但同时损害了电网运行的灵活性与经济性，特别是当用于大型船舰电力系统的集中负荷要求时，并不能以分断的方式运行，否则就无法进行大功率负荷的运行。因此，使用快速电抗器来限制系统短路故障电流已成为现代电网发展中所面临的一个十分迫切的技术问题，这对快速电抗器的第一类需求场合。

随着超高压和特高压电网建设和发展，对于较长的输电线路，为了限制工频和操作过电压，需要在线路上配置高压并联电抗器，但常规的高压并联电抗器不可调节，当线路输送功率接近自然功率或输送更大电力时，对于并联电抗器若不能调节和退出，将造成系统电压降低，影响电网安全稳定水平和电能质量。因此，对这种场合也是迫切地需要快速电抗器装置。

为解决上述问题，需要一种结构简单、变化增量大，使用可靠，快速地(5ms 内)动态补偿电网参数，保障电网安全、稳定运行的快速可变电抗器装置。

通常电网对快速可变电抗器来限制电网故障时的短路电流中的要求如下：

(1)正常运行时，限流装置呈低阻抗或零阻抗状态，系统的有功功率和无功功率损耗小，常规要求功率损耗小于0.25％的额定输送容量，对系统无任何影响(压降为零)；

(2)故障发生后，装置应能在极短时间内(0.02秒内，即20ms，有时要求5ms)动作，在故障电流到达第一个峰值前有效限制短路电流；

(3)动作时不引起系统暂态振荡、过电压等副作用；

(4)不影响继电保护等设备的正确动作；

(5)装置有自动复位功能和多次连续动作能力；

(6)设备的成本及运行费用低，可以承受的体积和重量，可靠性高，维护简便。

自1916年学者发现，基于磁放大器原理的饱和电抗器后，现有可变电抗器装置以磁饱和电抗器为原理实现，现在很多工业控制场所，使用了以该原理作为交流电路中的可变电抗的电气元件，其中较典型的专利为：

1、武汉大学骆德昌等人的“跃变电抗限流器”，专利申请号200810046948.5；

2、中国科学院电工研究所张国强的“一种磁饱和式单相可控电抗器”，专利申请号201110044168.9；

3、中国船舶重工集团公司第712研究所刘金旭的“一种单相可控饱和电抗器”专利申请号201120276311.2；

4、中国西安西电变压器有限公司的“交流有级可控并联电抗器装置”，专利申请号200510096007.9。

以上专利中的技术方法的共同特点是，将两个线圈(分别是主线圈和消磁磁线圈)安置于固定铁芯体的某一铁芯桥臂上，这样的结果会在主回路电流通过主线圈L1时，在铁芯体中产生很大的磁滞损耗。而现有技术中大都以通过调节副线圈即消磁线圈中的电流相位和幅值来抵消主线圈中的磁势，若F₁＝N₁I₁为主线圈的磁势在实际工程中，若要求产生这个能量值的反磁势，必将消耗很大的能量，即F₁＝F₂＝N₂I₂(安匝)，因为只有产生基本等同的的反相位磁势才能有效抵消由主线圈所产生的磁势即安匝数，否则，在主线圈上将会呈现出较大的电抗值X_L1，因此，原有的技术体系中从工程实际的长期运行角度来看，将会产生巨大铁磁损耗的浪费现象，预计损耗总量高达5％～10％的无功损耗，这与工程中所需求的快速限流电抗器在0.25％损耗的水平，所规定要求相差甚远。也就是说，现有磁饱和电抗器在运行中存在着巨大的电磁能量损耗。因此应用磁饱和电抗器只适用于短时工作，且负荷量不大的场所应用，无法在长时间大功率负荷条件下的电力系统中应用，长年累月的大量损耗电能量的功率值会使一般用户无法承受其经济上的损失。

发明内容