專利名稱：復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電 抗器裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)國(guó)家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，西北地區(qū)將沿河西走廊建設(shè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基 地，其遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)情況下風(fēng)電的高效經(jīng)濟(jì)送出和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 已經(jīng)成為制約西北地區(qū)風(fēng)電發(fā)展的兩大技術(shù)難題。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性 的特點(diǎn)。風(fēng)電場(chǎng)出力變化較大，風(fēng)電功率波動(dòng)使西北750kV輸電通道上無(wú)功波動(dòng)頻繁，無(wú)功 電壓控制困難并導(dǎo)致了電壓穩(wěn)定問(wèn)題，增加了西北電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的難度，限制過(guò)電壓和無(wú) 功補(bǔ)償矛盾突出。特高壓輸電線路巨大的容性充電功率、劇烈的潮流變化以及有限的絕緣裕度給系 統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)、過(guò)電壓抑制提出了較高的要求，存在限制過(guò)電壓和無(wú)功調(diào)節(jié)之間矛盾難以 協(xié)調(diào)的問(wèn)題?？煽夭⒙?lián)電抗器作為提高系統(tǒng)調(diào)控靈活性的有效手段，可有效解決750kV風(fēng)電送 出通道以及特高壓輸電線路無(wú)功補(bǔ)償和電壓控制的問(wèn)題，提高電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運(yùn)行 極限，降低線路輸送損耗，平衡無(wú)功分布，并可以有效減輕調(diào)度運(yùn)行的壓力，是實(shí)現(xiàn)750kV 以及特高壓輸電通道高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具。可控并聯(lián)電抗器主要包括磁控式可控并聯(lián)電抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR)、分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器(Stepped Controlled Shunt Reactor, SCSR)以及晶閘管控制變壓器(Thyristor Controlled Transformer, TCT)型可控并聯(lián)電 抗器三種結(jié)構(gòu)形式。其中，分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器具有控制方式簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快、運(yùn) 行安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，在我國(guó)750kV輸電系統(tǒng)和特高壓輸電系統(tǒng)中還沒(méi)有可控并聯(lián)電抗器裝置投 入使用。國(guó)內(nèi)外也沒(méi)有本發(fā)明提出的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置投入超高壓/ 特高壓電網(wǎng)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置，解決我國(guó) 750kV風(fēng)電送出通道以及特高壓輸電線路無(wú)功補(bǔ)償和限制過(guò)電壓之間的矛盾，提高電壓穩(wěn) 定性水平和暫態(tài)運(yùn)行極限，降低線路輸送損耗，平衡無(wú)功分布，減輕調(diào)度運(yùn)行的壓力，并配 合中性點(diǎn)電抗器限制潛供電流。所提供的裝置中應(yīng)用復(fù)合開(kāi)關(guān)，避免忻州500kV分級(jí)式可 控并聯(lián)電抗器裝置分級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程中瞬間容量跌落的問(wèn)題，并使得斷路器不需開(kāi)斷感性電 流，延長(zhǎng)了斷路器的使用年限。本發(fā)明的可控電抗器裝置的技術(shù)方案是該可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)， 根據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側(cè)繞組接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套 管引出，低壓側(cè)繞組末端直接接地，在低壓繞組上配置晶間管閥、輔助電抗器、斷路器串聯(lián) 電抗器。復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器無(wú)功容量的輸出和分級(jí)調(diào)節(jié)通過(guò)控制復(fù)合開(kāi) 關(guān)與本體短路阻抗相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合開(kāi)關(guān)采用斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器組成。 當(dāng)可控并聯(lián)電抗器在某一容量級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，斷路器閉合承擔(dān)長(zhǎng)期工作電流，晶閘管閥不 需長(zhǎng)時(shí)間工作。在容量分級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和 開(kāi)通電壓，可保證晶閘管閥的正常開(kāi)通工作，因此可采用晶閘管閥電流過(guò)零投切的方式開(kāi) 通和關(guān)斷電流，斷路器不需開(kāi)合電流，有效延長(zhǎng)斷路器的使用年限；在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障 時(shí)，控制復(fù)合開(kāi)關(guān)使輸出容量迅速達(dá)到最大容量，有效抑制工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。本發(fā)明的一種復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器，該電抗器的本體采用變壓器結(jié) 構(gòu)，采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過(guò)加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗器合于一體 構(gòu)成，或采用普通變壓器再外接電抗器的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成。其中，所述電抗器的主電路包括可控并聯(lián)電抗器本體、可控并聯(lián)電抗器低壓側(cè)裝 設(shè)的晶閘管閥、輔助電抗器和斷路器串聯(lián)電抗器；所述可控并聯(lián)電抗器高壓側(cè)繞組三相接 成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側(cè)繞組中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地；三相低壓側(cè)繞組 首端分別經(jīng)套管引出后連接晶閘管閥、輔助電抗器和斷路器串聯(lián)電抗器，低壓側(cè)繞組末端 直接接地。其中，通過(guò)復(fù)合開(kāi)關(guān)與可控并聯(lián)電抗器本體短路阻抗相配合的方式實(shí)現(xiàn)可控并聯(lián) 電抗器容量的輸出和分級(jí)調(diào)節(jié)，所述復(fù)合開(kāi)關(guān)包括斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器， 在可控并聯(lián)電抗器容量分級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取 能和開(kāi)通電壓，因此通過(guò)晶閘管閥電流過(guò)零投切的方式開(kāi)通和關(guān)斷電流，斷路器不需要開(kāi) 合電流；當(dāng)可控并聯(lián)電抗器在某一容量級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，斷路器閉合承擔(dān)長(zhǎng)期運(yùn)行電流，晶閘 管閥不需長(zhǎng)時(shí)間工作。其中，具有線路可控并聯(lián)電抗器和母線可控并聯(lián)電抗器兩種工作方式；當(dāng)用作線 路可控并聯(lián)電抗器時(shí)，吸收輸電線路的容性充電功率，限制工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，抑制 潛供電流，提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性；當(dāng)用作母線可控并聯(lián)電抗器時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出 無(wú)功，確保母線電壓的穩(wěn)定。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是①?gòu)?fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，檢修方便，可 有效解決限制過(guò)電壓和無(wú)功補(bǔ)償之間的矛盾，并配合中性點(diǎn)電抗器限制潛供電流；②通過(guò)控制復(fù)合開(kāi)關(guān)與本體短路阻抗相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電 抗器無(wú)功功率的分級(jí)輸出，在容量切換過(guò)程中采用晶閘管閥電流過(guò)零投切的方式開(kāi)通和關(guān) 斷電流，斷路器不需開(kāi)斷電流，延長(zhǎng)了斷路器使用年限，對(duì)系統(tǒng)不會(huì)造成沖擊，并避免了分 級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程中瞬間容量跌落的問(wèn)題；③由斷路器承擔(dān)長(zhǎng)期運(yùn)行電流，晶閘管閥短時(shí)工作，可采用空氣自然冷卻的方式， 有效降低了成本，減小了維護(hù)工作量。技術(shù)的新穎性西北750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級(jí)高、充電無(wú)功大、限制過(guò)電壓和無(wú)功補(bǔ)償矛盾突出、無(wú)功電壓控制難度大等問(wèn)題，目前還沒(méi)有可控并聯(lián)電 抗器裝置投入使用。本發(fā)明提供的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置適用于無(wú)功電壓 波動(dòng)頻繁的750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV輸電系統(tǒng)。此外，目前在超高壓輸電系統(tǒng)(500kV 和330kV輸電系統(tǒng))中也沒(méi)有本發(fā)明提供的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置投入應(yīng)用。技術(shù)的創(chuàng)造性(1)所提出的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，根據(jù) 需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式，通過(guò)控制復(fù)合開(kāi)關(guān)與本體短 路阻抗相配合實(shí)現(xiàn)無(wú)功容量的分級(jí)控制。復(fù)合開(kāi)關(guān)由斷路器、晶閘管閥、斷路器串聯(lián)電抗器 組成，避免了采用斷路器開(kāi)斷感性電流，有效延長(zhǎng)了斷路器使用年限。目前國(guó)內(nèi)、外投入工 程應(yīng)用的可控并聯(lián)電抗器沒(méi)有采用此種結(jié)構(gòu)形式。(2)與目前國(guó)內(nèi)、外已投運(yùn)的唯一 1臺(tái)分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器--昕州500kV分級(jí)
式可控并聯(lián)電抗器裝置相比所提出的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置在容量分級(jí) 調(diào)節(jié)時(shí)，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開(kāi)通電壓，因此可由晶閘管 閥電流過(guò)零投切開(kāi)通和關(guān)斷電流，斷路器不需開(kāi)合電流，延長(zhǎng)了斷路器使用年限，并避免了 分級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程中瞬間容量跌落的問(wèn)題。技術(shù)的實(shí)用性(1)所提出的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置，通過(guò)控制復(fù)合開(kāi)關(guān)與本體 短路阻抗相配合實(shí)現(xiàn)無(wú)功輸出和容量調(diào)節(jié)的分級(jí)控制①在容量從小到大切換時(shí)，晶閘管閥采取過(guò)零投切的方式，對(duì)系統(tǒng)無(wú)沖擊。在晶閘 管閥導(dǎo)通后，斷路器閉合承擔(dān)長(zhǎng)期工作電流，晶閘管閥短時(shí)工作，可采用空氣自然冷卻的方 式，有效降低了成本，減小了維護(hù)工作量；②在容量從大到小切換時(shí)，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓作用，晶閘管閥基電子 單元(VBE)滿足取能要求，可以保證閥正常觸發(fā)導(dǎo)通。通過(guò)晶閘管閥過(guò)零切換的方式，避免 了斷路器開(kāi)斷感性電流，有效延長(zhǎng)了斷路器使用年限；(2)西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)無(wú)功波動(dòng)頻繁，無(wú)功電壓控制困難，對(duì) 可控并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)頻度要求很高。所提出的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置， 適合于頻繁調(diào)節(jié)，特別適用于西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)，有較好的工程實(shí)用 前景。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置的一種典型原理接線圖；圖2是圖1所示的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置低壓側(cè)設(shè)備的單相主接 線圖；圖3是復(fù)合開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器根據(jù)系統(tǒng)需求可分為不同的容量級(jí)，各容量級(jí)可設(shè)計(jì)為相等或不等，根據(jù)分級(jí)數(shù)來(lái)確定低壓側(cè)所配置的晶間管閥、輔助電抗器、斷路器串 聯(lián)電抗器的數(shù)量。附圖1和附圖2均以等分4級(jí)容量(25 %、50 %、75 %、100 % 4個(gè)容量級(jí)) 為例，示出了等分4級(jí)容量時(shí)的三相原理接線圖和單相主接線圖。由附圖1所示，復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，三相高 壓側(cè)繞組接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側(cè)繞組 首端分別經(jīng)套管引出，低壓側(cè)繞組末端直接接地，低壓繞組首端和末端間連接晶間管閥、輔 助電抗器、斷路器串聯(lián)電抗器。為闡述清楚，以附圖2所示的復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置低壓側(cè)設(shè)備 的單相主接線圖為例闡述裝置的工作原理。附圖2中以b相為例，圖中b端為可控電抗器低 壓側(cè)首端，y端可控電抗器低壓側(cè)末端。Xbl、Xb2、Xb3為輔助電抗器；Tkl、Tk2、Tk3分別為 100%容量級(jí)晶閘管閥組、75%容量級(jí)晶閘管閥組、50%容量級(jí)晶閘管閥組；Dll、D12、D13 分別為100%容量級(jí)斷路器、75%容量級(jí)斷路器、50%容量級(jí)斷路器；Xbll、Xbl2、Xbl3則分 別為100%容量級(jí)斷路器串聯(lián)電抗器、75%容量級(jí)斷路器串聯(lián)電抗器、50%容量級(jí)斷路器串 聯(lián)電抗器，為對(duì)應(yīng)晶閘管閥提供取能和開(kāi)通電壓；GW1、GW2、GW3分別為100%容量級(jí)隔離開(kāi) 關(guān)、75%容量級(jí)隔離開(kāi)關(guān)、50%容量級(jí)隔離開(kāi)關(guān)?？煽夭⒙?lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，根 據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。采用斷路器、晶閘管閥、斷路器串聯(lián)電抗器組成復(fù)合開(kāi)關(guān)，Tkl、Xbll、Dll組成復(fù)合 開(kāi)關(guān)FS1，Tk2、Xbl2、D12組成復(fù)合開(kāi)關(guān)FS2，Tk3、Xbl3、D13組成復(fù)合開(kāi)關(guān)FS3。對(duì)于系統(tǒng) 所需無(wú)功容量的輸出和分級(jí)容量的改變，通過(guò)復(fù)合開(kāi)關(guān)與本體短路阻抗配合的方式實(shí)現(xiàn)。 裝置穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，斷路器D11、D12、D13全閉合時(shí)，裝置為100%容量；斷路器D12、D13閉合 時(shí)，裝置為75%容量；斷路器D13閉合時(shí)，裝置為50%容量；斷路器D11、D12、D13全部斷開(kāi) 時(shí)，裝置則為25%容量。裝置穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)輸出容量與斷路器對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示表1投切容量控制表
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于該電抗器的本體采用變壓 器結(jié)構(gòu)，采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過(guò)加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗器合于 一體，或采用普通變壓器再外接電抗器的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于所述電抗器的主電路包括可 控并聯(lián)電抗器本體、可控并聯(lián)電抗器低壓側(cè)裝設(shè)的晶閘管閥、輔助電抗器和斷路器串聯(lián)電 抗器；所述可控并聯(lián)電抗器高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側(cè)繞組 中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地；三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出后連接晶閘管閥、輔助 電抗器和斷路器串聯(lián)電抗器，低壓側(cè)繞組末端直接接地。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于通過(guò)復(fù)合開(kāi)關(guān)與可控并 聯(lián)電抗器本體短路阻抗相配合的方式實(shí)現(xiàn)可控并聯(lián)電抗器容量的輸出和分級(jí)調(diào)節(jié)，所述復(fù) 合開(kāi)關(guān)包括斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器，在可控并聯(lián)電抗器容量分級(jí)調(diào)節(jié)過(guò)程 中，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開(kāi)通電壓，因此通過(guò)晶閘管閥電 流過(guò)零投切的方式開(kāi)通和關(guān)斷電流，斷路器不需要開(kāi)合電流；當(dāng)可控并聯(lián)電抗器在某一容 量級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，斷路器閉合承擔(dān)長(zhǎng)期運(yùn)行電流，晶閘管閥不需長(zhǎng)時(shí)間工作。
4.如權(quán)利要求3所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于具有線路可控并聯(lián)電抗器 和母線可控并聯(lián)電抗器兩種工作方式；當(dāng)用作線路可控并聯(lián)電抗器時(shí)，吸收輸電線路的容 性充電功率，限制工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，抑制潛供電流，提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定 性；當(dāng)用作母線可控并聯(lián)電抗器時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出無(wú)功，確保母線電壓的穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，提供了一種復(fù)合開(kāi)關(guān)型分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器裝置。該可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。該可控并聯(lián)電抗器通過(guò)控制復(fù)合開(kāi)關(guān)與本體短路阻抗相配合，實(shí)現(xiàn)無(wú)功容量的輸出和分級(jí)調(diào)節(jié)復(fù)合開(kāi)關(guān)采用斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器組成；當(dāng)可控并聯(lián)電抗器在某一容量級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，斷路器閉合承擔(dān)長(zhǎng)期工作電流，晶閘管閥不需長(zhǎng)時(shí)間工作；在容量分級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開(kāi)通電壓，因此可采用晶閘管閥電流過(guò)零投切的方式開(kāi)通和關(guān)斷電流，斷路器不需開(kāi)合電流，有效延長(zhǎng)斷路器的使用年限。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102074962SQ201010614380
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者姚鋒, 尹正民, 張帆, 張振環(huán), 徐桂芝, 武守遠(yuǎn), 王多, 賈跟卯, 鄧占鋒, 雷晰 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司, 甘肅省電力公司