本实用新型专利技术公开了一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，包括高压变压器、负载无功调节装置，还包括由容量补偿单元和相位差检测控制器组成的电抗器本体容量补偿装置；通过相位差检测控制器测量与分析高压变压器初级侧电压与电流的相位差值，配合容量补偿单元的投入、切除，来补偿可控电抗器中因高压变压器初级侧电压与电流的相位差达不到90°，引起的感性输出功率不足部分的偏差，从而保证整个可控电抗器的感性无功功率总容量达到设计要求的真实量值，更加可靠有效地解决电网中对可控电抗器的精准控制和投入使用的合理性。
【技术实现步骤摘要】
一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置
本技术属于电工技术中的电网控制设备，特别涉及一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，用于高压(特高压)电力自动控制系统装置中。
技术介绍
在远距离超、特高压大容量的交流电网中，为减弱“输电线路上工频电压法兰弟”效应，必须安装一定容量的无功补偿装置即并联电抗器和静止无功补偿器，其主要目的一是补偿线路上容性充电功率，二是在轻负荷时吸收线路容性的无功功率，控制无功潮流，稳定网络的运行电压。因为特高压线路中的潮流变动很大，在传输功率重负荷时，线路无功自我补偿，高压并联电抗器应切除掉，但是，如果线路发生故障时失去并联电抗器的长线路中会因为线路的电容效应电压骤升而产生不能允许的工频和操作过电压，高压并联电抗器由于长期接入线路而不能切除，比如在1000kV晋东南试验线路中由于没有采用可控高抗而导致送电功率不足。为此在特高压电网中迫切需要安装高压可控电抗器装置。对特高压电网而言，工频过电压和操作过电压是选择和设计特高压电网系统绝缘配合的决定因素，也是特高压输电的基本可行性问题，研究表明，采用可控并联电抗器是限制1000kV系统过电压的有效技术措施之一。据申请人的检索，目前在该领域的可控电抗器技术方案有：①交流有级可控并联电抗器装置，专利号：200520079362.0②采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，专利号：201010614275.6③磁阀式可控电抗器，专利号：201120393108.3④复合开关型分级式可控并联电抗器装置，专利号：201010614380.X⑤晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，专利号：201010614288.3⑥采用串联公共电抗器配置的分级式可控并联电抗器装置，专利号：201010614377.8⑦多柱本体独立控制复合开关型分级式可控并联电抗器装置，专利号：201110079254.3⑧采用阀串联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，专利号：201010614345.8现有的可控高压并联电抗器(简称可控高抗)分为磁控制式和高阻抗变压器式，其中高阻抗变压器式又可分为分级式可控高抗和晶闸管控制变压器式可控高抗。业内对现有的分级式可控电抗器存在技术偏见，即认为分级式可控电抗器所体现出的感性负载相位差与普通的固定式空心电抗器的相位差是一致的。但是，经理论分析和实验中却发现，即分级式可控电抗器的相位差(即实测电抗器U与I的相位差ψ)，只有55°～70°左右，而空心电抗器的相位差ψ即(U与I的相位差ψ)却在标准的90°水平，两者竟然差值会高达20°～35°或更高，这样对于变压器式电抗器实际的无功功率容量为I′＝I·sinψ(其中ψ＝0°～90°)，当ψ＝70°时，sin70°＝0.94，当ψ＝55°，sin55°＝0.819，说明实际的无功功率比纯正的气隙式电抗器容量下降了约19％，在实际工程中由于这个相位差的存在，导致了所配置的电抗器将达不到与线路上充电容性容量抵消的要求，势必会引发过电压或者造成系统振荡，对电力系统安全将造成严重影响。根据斯坦梅茨定律，在正弦电流作用下变压器的磁芯损耗计算式为：式中，pfe为磁芯单位体积内的平均时间中的磁芯损耗；Bmax为正弦电流作用下的峰值磁感应强度,其频率为f，kc、α和β为常数。由上式可知，线圈流过电流后在变压器的磁芯损耗pfe会显著增大，基波、谐波磁势会在气隙附近的铁芯中产生可观的损耗，而这个损耗正是变压器式电抗器产生的相位角ψ误差的物理机理和因素。由于高压变压器增加了有功的磁损耗分量，使得相角偏移，从而使得流经高压变压器的电压U与电流I产生的相位差小于90°，进而使感性的无功分量不足，降低了实际输出效率，因此在设计中，必须要考虑到这个因素所引起的一个向量值变化不可忽略的误差，并在高压变压器的二次侧加以容量上的补充，以满足设计条件中无功容量值的要求，使无功功率值在系统中得以精确容量值下运行，才能防止系统振荡和防止过电压危害。高压变压器的二次侧随着投入电感值负载，即支路电抗器投入的不同，高压变压器初级侧的相角，即高压变压器初级侧两端的电压U和电流I的相位差是会随着负载电流I的大小而改变的，因此需要进行实时测量分析这个相位差值，并在高压变压器的二次侧加以补偿，以满足系统对感性无功功率实际值的需求，而在现有技术中，均未考虑由变压器式电抗器产生的相角误差值，而影响可控电抗器的无功功率容量值的实际问题。
技术实现思路
本技术的目的是：提出一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，解决由于现有可控电抗器中高压变压器相位差不足90°，影响电网系统中对感性无功功率的量值达不到设计要求的真实量值的问题，防止引发过电压或者系统振荡。本技术的一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，技术方案如下：包括高压变压器、负载无功调节装置，还包括由容量补偿单元和相位差检测控制器组成的电抗器本体容量补偿装置；所述容量补偿单元包括本体容量补偿电抗器和与所述本体容量补偿电抗器串接的高压真空接触器；所述相位差检测控制器包括检测信号输入端和控制信号输出端；所述相位差检测控制器的检测信号输入端通过高压电流互感器获取高压变压器的初级侧的电流向量值，和通过高压电压互感器获取高压母线侧的电压向量值；所述相位差检测控制器计算与分析所述高压变压器的初级侧的电流向量值和高压母线侧的电压向量值之间的相位差；相位差小于等于第一设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成投入；相位差大于等于第二设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成切除。进一步的，所述容量补偿单元并联于高压变压器的二次侧输出端，所述检测信号输入端连接高压变压器初级侧的高压电流互感器二次侧，和高压母线侧的高压电压互感器二次侧，所述控制信号输出端与容量补偿单元相连，连接点位于高压真空接触器的控制端。进一步的，所述第一设定阈值为65°～70°，所述第二设定阈值为75°～80°。进一步的，所述本体容量补偿电抗器为空心电抗器或气隙式铁芯电抗器。进一步的，所述高压真空接触器为真空断路器。进一步的，所述高压变压器为双绕组的单相变压器或三相变压器，由线圈、线圈绝缘骨架、铁芯和外罩等主体构成；所述的高压变压器的初级侧连接于高压变电站的馈线开关的线路侧，变压器初级侧绕组三相成星形连接，中性点短接后经电抗器接地。进一步的，所述负载无功调节装置包括与所述高压变压器二次侧输出端并联的负载无功调节电抗器单元、控制所述负载无功调节电抗器单元投入和切除的负载无功补偿控制器；所述的负载无功补偿控制器包括无功功率分析单元、检测信号输入端、控制信号输出端，所述检测信号输入端连接高压输电线路的馈线上的高压电流互感器的二次侧和主变压器的高压侧高压电流互感器的二次侧及母线高压电压互感器的二次侧，所述控制信号输出端与输电线路中的负载无功调节电抗器单元的可控开关的控制端相连，所述无功功率分析单元通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，包括高压变压器、负载无功调节装置，其特征在于，还包括由容量补偿单元和相位差检测控制器组成的电抗器本体容量补偿装置；所述容量补偿单元包括本体容量补偿电抗器和与所述本体容量补偿电抗器串接的高压真空接触器；所述相位差检测控制器包括检测信号输入端和控制信号输出端；所述相位差检测控制器的检测信号输入端通过高压电流互感器获取高压变压器的初级侧的电流向量值，和通过高压电压互感器获取高压母线侧的电压向量值；所述相位差检测控制器计算与分析所述高压变压器的初级侧的电流向量值和高压母线侧的电压向量值之间的相位差；相位差小于等于第一设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成投入；相位差大于等于第二设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成切除。/n
【技术特征摘要】
1.一种带有容量补偿功能的可控电抗器装置，包括高压变压器、负载无功调节装置，其特征在于，还包括由容量补偿单元和相位差检测控制器组成的电抗器本体容量补偿装置；所述容量补偿单元包括本体容量补偿电抗器和与所述本体容量补偿电抗器串接的高压真空接触器；所述相位差检测控制器包括检测信号输入端和控制信号输出端；所述相位差检测控制器的检测信号输入端通过高压电流互感器获取高压变压器的初级侧的电流向量值，和通过高压电压互感器获取高压母线侧的电压向量值；所述相位差检测控制器计算与分析所述高压变压器的初级侧的电流向量值和高压母线侧的电压向量值之间的相位差；相位差小于等于第一设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成投入；相位差大于等于第二设定阈值时，控制信号输出端控制高压真空接触器动作，使本体容量补偿电抗器完成切除。
2.如权利要求1所述的带有容量补偿功能的可控电抗器装置，其特征在于：所述容量补偿单元并联于高压变压器的二次侧输出端，所述检测信号输入端连接高压变压器初级侧的高压电流互感器二次侧，和高压母线侧的高压电压互感器二次侧，所述控制信号输出端与容量补偿单元相连，连接点位于高压真空接触器的控制端。
3.如权利要求1或2所述的带有容量补偿功能的可控电抗器装置，其特征在于：所述第一设定阈值为65°～70°，所述第二设定阈值为75°～80°。
4.如权利要求1或2所述的带有容量补偿功能的可控电抗器装置，其特征在于：所述本体容量补偿电抗器为空心电抗器或气隙式铁芯电抗器。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张京伦，
申请(专利权)人：张京伦，李晨宜，朱观岚，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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