带激磁可调的交流并联电抗器原理和物理参数探析制造技术

带激磁可调的交流并联电抗器原理和物理参数探析是本发明专利技术专利名称，是电网领域二次设备对电抗容量调节和控制的智能模式。解决目前投切电网固定电感容量所不能完全补偿线路容性负荷，影响电网设备绝缘安全和无功功率调节问题。本发明专利技术对电抗容量调节需接收电网CT和VT信号，经微机分析线路容性负荷大小，向辅助有载调压变压器发出有载开关增减匝数信号使其二次电压变化，从而改变激磁调节线圈电流大小和方向，利用电路和磁路原理，从工程设计角度进行推导和发明专利技术了电抗器磁势平衡物理关系式、电感与电流的物理关系式。进而调整电抗器的电感量，来达到调整电网运行电抗容量的目的。可调电抗器(含辅助变压器、检测CT和VT元件，以及微机程序开发)属于电网输变电线路领域的设备运行原理和控制的发明专利技术。

【技术实现步骤摘要】
带激磁可调的交流并联电抗器原理和物理参数探析
是电网输变电线路领域的二次监测保护对一次设备在输变电网运行参数控制和调节的智能模式，能更加科学地管理电网，提高电力运行质量的作用。是对输变电线路的高压并联电抗器电感量(即电抗容量)的受控和调整，以有效实时补偿电网容性负荷，进而优化输变电线路的电压和电流相位关系。提高电网供电质量。技术背景目前输变电线路电网领域，采用固定电感量的并联电抗器来补偿线路在轻负荷下呈现的电容性负荷，但是轻负荷状态参数并非固定，容性负荷的大小因线路传输负荷的变化而使得线路容性容量是不断变化的特点。目前电网投切的是固定电感容量，不能连续实时补偿线路容性负荷，具有如下缺点：富余的电感容量成为电网运行的负担，不能在线路中进行无功容量平衡合理分配，不能优化局域电网的供电质量；根据线路负荷的变动，重复的投切电抗器，增加了电站工作量和增加开关的使用频次；同时使得电网运营部门不能很好地管理电网适时电压和频率的变化，因而影响电网运行设备绝缘安全运行。采用带激磁可调的交流并联电抗器(以下简称：可调电抗器)，电感容量自控调节可实时补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术采用电抗器本体线圈的铁芯套装激磁调节线圈，采用绕组同名端相同，电流相位相同或相反的方式，从物理量关系上揭示了改变电抗器本体线圈电感值来改变电抗器运行容量；/n当U2＞U1时，I

【技术特征摘要】
1.本发明采用电抗器本体线圈的铁芯套装激磁调节线圈，采用绕组同名端相同，电流相位相同或相反的方式，从物理量关系上揭示了改变电抗器本体线圈电感值来改变电抗器运行容量；
当U2＞U1时，I1”电流流向W1激磁调节线圈，有磁势平衡表达式为：I1”W1+I0”W0＝I0W0，从电路上看I1”和I1(I0”)向量相位相同，B0和U1值视为不变，当调节U2数值越大，I1”越大则I1(I0”)值越小，电抗器电感量L0”＝Ψ0/I1变大，其中Ψ0＝B0*S*W0，则其阻抗JωL0”增加，从线路元件参数看，电抗容量减少为U02/JωL0”，从而达到调低电抗器运行容量的目的。
当U2＜U1时，I1’流出激磁调节线圈，相位与I0相位相反，-I1’W1+I0’W0＝I0W0为该状态下的磁势平衡表达式，调节U2数值越小，则从电路上看，I1’越大，则I1(I0’)数值越大，电抗器电感量L0’＝Ψ0/I1变小，则阻抗JωL0’减少。从电网线路原件参数看，电抗容量增加为U02/JωL0’，从而达到调高电抗器运行容量的目的。


2.首次提出了在激磁调节线圈与电抗器本体线圈同名端位置一致、电抗器所在电网电压U0不变、激磁调节线圈W1和本体线圈匝数W0分别不变的情况下，基于可调电抗器本体线圈在不同电抗无功容量下的电气回路分析入手，从工程角度上忽略线圈漏磁阻抗电压(X自感和X互感)的微小影响下，有I0W0磁势平衡等式与磁通量Ψ0数值固定的特性。由此建立了电抗器电气回路和结构参数的设计过程中简化沟通作用。在激磁调节线圈电流的激励作用下，完成对可调电抗器各种物理量的数学公式的推导，完全符合能量守恒基本原则；
对于可调电抗器本体线圈电气回路，当可调电抗器在额定运行容量时，有等式：U0＝I1X自感+W0dΨ0/dt；当可调电抗器增大运行容量时，有等式：U0＝I1(X自感-X互感)+W0dΨ0’/dt；当可调电抗器降低运行容量时，有如下等式：U0＝I1(X自感+X互感)+W0dΨ0”/dt；
X自感和X互感是可调电抗器线圈结构参数，为固定值。可按线圈漏磁阻抗设计原则求解，I1是可调电抗器容量下的从电网吸收的通过本体线圈的可变电流值。通常I1(X自感+X互感)是10-15％U0，通常I1X自感是6-9％U0，通常I1(X自感-X互感)是2-3％U0，因此从工程上可忽略线圈漏磁阻抗电压的影响，假定U0＝W0dΨ0/dt，由于W0为固定值和电网电压U0不变，因此磁通链W0Ψ0不变。即W0Ψ0＝L0·I0在可调电抗器三种运行容量状态(等于、大于和小于额定电抗容量)上，从工程设计和运行参数求解角度来看，可理解为磁通链不变。
即本体线圈电感L0与激磁电流I0的乘积为固定值，并运用有物理关系式：Ψ0＝Ψ0’＝Ψ0”，即L0·I0＝L0’·I0’＝L0”·I0”；但L和I物理量在激磁调节线圈电流I1’(I1”)的变化下而改变，从而使得可调电抗器的本体线圈电感L值的得到控制；
在可调电抗器运行容量大于额定容量时，发现有物理关系式：即可调并联电抗器运行的电抗容量减去额定容量等于激磁调节线圈通过辅助变压器向线路2输出的电抗容量；I1’流向辅助变压器二次侧电压同名端。
在可调并联电抗器运行容量小于额定容量时，发现有物理关系式：即可调并联电抗器运行的电抗容量加激磁调节线圈通过辅助变压器从线路2吸收的电抗容量之和等于电抗器额定容量；I1”流向激磁调节线圈同名端。


3.首次分析激磁电感、激磁电流与电抗器挂网运行电感和电抗器输入电流的概念差别，以及数值偏差的物理量公式的推导，对于本体线圈互感和自感阻抗电压在电气回路中的等式关系；
电抗器本体线圈的自感阻抗X自感和互感阻抗X互感与匝数、气隙大小长度值、铁芯截面面积值、线圈相对位置和高度等结构尺寸等物理量有关，是一个固定欧姆值。当I1’＝0值时，即可调电抗器额定容量下，本体线圈激磁电感L0与自感L自感和线路电感L线路之间，发现有物理表达式：L线路＝L0+L自感；对应的激磁电流为I0＝(Ue-I1·X自感)/(√3Jω·L0)；电抗器线路输入额定电流I1＝Ue/(√3Jω·L线路)；有物理关系式：I0＝I1；因此I0和I1是两个概念，分别应用于磁势和电气回路参数，在运用激磁电感L0与激磁电流I0的乘积为固定值。使得I0W0磁势平衡等式与Ψ0数值固定，在电感阻抗的电气回路参数确定过程中起到桥梁沟通作用。
由于自感和互感阻抗的存在，发现有物理关系式：
额定容量下，可调电抗器本体线圈电感阻抗X自感＝JωL线路-JωL0；L线路＝Ue2/ωs，其中Ue为电抗器额定电压，单位为kV；S为可调电抗器运行容量，单位为Mvar；ω＝2πf，其中f为频率)；
a)在可调电抗器运行容量大于额定容量时的物理量关系(即I1’流向辅助变压器二次侧电压同名端)
对电网线路，发现有物理关系式：可调电抗器本体线圈电感阻抗JωL线路＝JωL0’+X自感-X互感，对应的激磁电流I0’＝线路输入电抗器电流I1；
有物理关系式：Ue＝√3·I1·(JWL0’+X自感-X互感)，其中Ue为线路电压值，ω＝2πf，其中f为频率；
利用U2＜U1时的磁势平衡表达式，激磁调节线圈上的电流I1’是受回路基尔霍夫定律决定，I1’的变化都可以从本体电抗器线圈上获得电网输入电流I1(I0’)来平衡I0值，I0值是可调电抗器额定容量下的本体线圈激磁电流，是电抗器额定容量、结构特征的固定值，是用于产生满足挂网电压的匝电势的激磁电流，使得I1(I0’)和I1’产生了约束关系。
b)在可调并联电抗器运行容量小于额定容量时的物理量关系(即I1”流向激磁调节线圈同名端)
由于自感和互感阻抗的存在，对线路而言，发现有物理关系式：电抗器电抗JωL线路＝JωL0”+X互感+X自感，对应的激磁电流I0”＝线路输入电抗器电流I1；
发现有物理关系式：Ue＝√3·I1·(JωL0”+X互感+X自感)，其中Ue为线路电压值；ω＝2πf，其中f为频率；
发现有物理关系式：X互感＝r·X自感，其中系数r由绕组漏磁设计中求取；
利用U2＞U1时的磁势平衡表达式，激磁调节线圈上的电流I1”是受回路基尔霍夫定律决定，I1”的变化都可以从本体电抗器线圈上获得电网输入电流I1(I0”)来平衡I0值，I0是用于产生满足挂网电压的匝电势激磁电流的固定特性，使得I1(I0”)和I1”产生了约束关系。


4.首次对本发明的各电气元件的物理参数的设计流程做出科学细致和分步骤的求解和阐述，以及物理公式的推导，具有产品设计手册和遵守的原则特征，具有产品设计的显示可操作性。
1)电力运营部门提供并联电抗器三相额定容量S0(单位：Kvar)，线路1的额定电压Ue(单位：Kv)、超容量可调最大电抗三相容量S1(单位：Kvar)、降低容量可调最小电抗三相容量S2(单位：Kvar)；
2)求取额定容量下电抗器输入电流I1e＝S0/√3/Ue(A)；求取额定容量下电抗器线路电感Le线路＝(Ue/√3×1000)/(2πf·I1e)(单位：亨利)；或Le线路＝(Ue2/(2πf·S0)(单位：Ue为Kv，S0单位：Mvar)。
3)可调电抗器产品参数的求取(I1’＝0时，即激磁调节线圈无电流情况下的额定电抗容量)
a)根据安培环路定律：(B0/μ0)·nδ＝I0W0，则有B0·S＝μ0I0W0S/nδ，其中S为电抗器铁芯截面面积，单位为m2；nδ为n个气隙长度，单位为m；n为电抗器单相芯柱气隙个数；W0为电抗器单相线圈的匝数；μ0为空气导磁率，单位为4π·10-7(H/m)；I0为电抗器激磁电流(当I1’＝0时)，但可通过控制激磁调节线圈电流I1’的大小和相位及流向，从而实现对I1数值的改变，从而改变电抗器电感L0数值，使得运行电抗容量调整出适合电网运行所需的容量。
则有Ψ0＝B0·S＝μ0I0W0S/nδ，则有Ψ0m＝B0·S·W0＝μ0I0W0W0S/nδ，则有L0＝Ψ0m/I0＝μ0W0W0S/nδ＝1.257W0W0S/(nδ·106)(单位为：亨利，为I1’＝0时的电抗器电感值)，其中S为铁芯截面面积，单位：m2；δ为气隙长度，单位：m；n为电抗器单相芯柱气隙个数；W0为电抗器单相线圈的匝数；
b)其中W0电抗器单相本体线圈匝数；S铁芯截面面积；nδ数值由以下物理公式及产品设计经验选取：
电抗器本体线圈每匝电势et＝4.44fB0S·10-4(单位：V)，其中f为频率；B0是当I1’＝0时的铁芯磁感应强度，单位：T(特斯拉)；S为铁芯芯柱截面面积，单位：cm2；B0是在电抗器参数设计时设定的额定电压和额定频率下的磁感应强度，对于固定电抗器由于线性度的要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂恒伟，
申请(专利权)人：聂恒伟，聂筱林，
类型：发明
国别省市：湖南;43