專利名稱：復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補償領域，尤其涉及一種復合開關型分級式可控并聯(lián)電 抗器裝置。
背景技術：
根據(jù)國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，西北地區(qū)將沿河西走廊建設千萬千瓦級風電基 地，其遠離負荷中心，大規(guī)模風電并網(wǎng)情況下風電的高效經(jīng)濟送出和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行 已經(jīng)成為制約西北地區(qū)風電發(fā)展的兩大技術難題。風力發(fā)電具有間歇性、波動性和隨機性 的特點。風電場出力變化較大，風電功率波動使西北750kV輸電通道上無功波動頻繁，無功 電壓控制困難并導致了電壓穩(wěn)定問題，增加了西北電網(wǎng)調度運行的難度，限制過電壓和無 功補償矛盾突出。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)的無功調節(jié)、過電壓抑制提出了較高的要求，存在限制過電壓和無功調節(jié)之間矛盾難以 協(xié)調的問題?？煽夭⒙?lián)電抗器作為提高系統(tǒng)調控靈活性的有效手段，可有效解決750kV風電送 出通道以及特高壓輸電線路無功補償和電壓控制的問題，提高電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運行 極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，并可以有效減輕調度運行的壓力，是實現(xiàn)750kV 以及特高壓輸電通道高效經(jīng)濟運行的重要工具。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 抗器三種結構形式。其中，分級式可控并聯(lián)電抗器具有控制方式簡單、調節(jié)響應速度快、運 行安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。目前，在我國750kV輸電系統(tǒng)和特高壓輸電系統(tǒng)中還沒有可控并聯(lián)電抗器裝置投 入使用。國內(nèi)外也沒有本發(fā)明提出的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投入超高壓/ 特高壓電網(wǎng)應用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，解決我國 750kV風電送出通道以及特高壓輸電線路無功補償和限制過電壓之間的矛盾，提高電壓穩(wěn) 定性水平和暫態(tài)運行極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，減輕調度運行的壓力，并配 合中性點電抗器限制潛供電流。所提供的裝置中應用復合開關，避免忻州500kV分級式可 控并聯(lián)電抗器裝置分級調節(jié)過程中瞬間容量跌落的問題，并使得斷路器不需開斷感性電 流，延長了斷路器的使用年限。本發(fā)明的可控電抗器裝置的技術方案是該可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構， 根據(jù)需求可設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側繞組接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側繞組首端分別經(jīng)套 管引出，低壓側繞組末端直接接地，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。復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器無功容量的輸出和分級調節(jié)通過控制復合開 關與本體短路阻抗相配合實現(xiàn)復合開關采用斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器組成。 當可控并聯(lián)電抗器在某一容量級穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器閉合承擔長期工作電流，晶閘管閥不 需長時間工作。在容量分級調節(jié)時，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和 開通電壓，可保證晶閘管閥的正常開通工作，因此可采用晶閘管閥電流過零投切的方式開 通和關斷電流，斷路器不需開合電流，有效延長斷路器的使用年限；在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障 時，控制復合開關使輸出容量迅速達到最大容量，有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。本發(fā)明的一種復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器，該電抗器的本體采用變壓器結 構，采用高短路阻抗結構形式構成，即通過加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗器合于一體 構成，或采用普通變壓器再外接電抗器的結構形式構成。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)電抗器低壓側裝 設的晶閘管閥、輔助電抗器和斷路器串聯(lián)電抗器；所述可控并聯(lián)電抗器高壓側繞組三相接 成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側繞組中性點短接后經(jīng)電抗器接地；三相低壓側繞組 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，低壓側繞組末端 直接接地。其中，通過復合開關與可控并聯(lián)電抗器本體短路阻抗相配合的方式實現(xiàn)可控并聯(lián) 電抗器容量的輸出和分級調節(jié)，所述復合開關包括斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器， 在可控并聯(lián)電抗器容量分級調節(jié)過程中，由于斷路器串聯(lián)電抗器的分壓為晶閘管閥提供取 能和開通電壓，因此通過晶閘管閥電流過零投切的方式開通和關斷電流，斷路器不需要開 合電流；當可控并聯(lián)電抗器在某一容量級穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器閉合承擔長期運行電流，晶閘 管閥不需長時間工作。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；當用作線 路可控并聯(lián)電抗器時，吸收輸電線路的容性充電功率，限制工頻過電壓和操作過電壓，抑制 潛供電流，提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性；當用作母線可控并聯(lián)電抗器時，通過調節(jié)輸出 無功，確保母線電壓的穩(wěn)定。本發(fā)明技術方案的優(yōu)點是①復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器，調節(jié)方式簡單，響應速度快，檢修方便，可 有效解決限制過電壓和無功補償之間的矛盾，并配合中性點電抗器限制潛供電流；②通過控制復合開關與本體短路阻抗相配合實現(xiàn)復合開關型分級式可控并聯(lián)電 抗器無功功率的分級輸出，在容量切換過程中采用晶閘管閥電流過零投切的方式開通和關 斷電流，斷路器不需開斷電流，延長了斷路器使用年限，對系統(tǒng)不會造成沖擊，并避免了分 級調節(jié)過程中瞬間容量跌落的問題；③由斷路器承擔長期運行電流，晶閘管閥短時工作，可采用空氣自然冷卻的方式， 有效降低了成本，減小了維護工作量。技術的新穎性西北750kV風電外送通道和IOOOkV特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級高、充電無功大、限制過電壓和無功補償矛盾突出、無功電壓控制難度大等問題，目前還沒有可控并聯(lián)電 抗器裝置投入使用。本發(fā)明提供的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置適用于無功電壓 波動頻繁的750kV風電外送通道和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))中也沒有本發(fā)明提供的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置投入應用。技術的創(chuàng)造性(1)所提出的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置本體采用變壓器結構，根據(jù) 需求可設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式，通過控制復合開關與本體短 路阻抗相配合實現(xiàn)無功容量的分級控制。復合開關由斷路器、晶閘管閥、斷路器串聯(lián)電抗器 組成，避免了采用斷路器開斷感性電流，有效延長了斷路器使用年限。目前國內(nèi)、外投入工 程應用的可控并聯(lián)電抗器沒有采用此種結構形式。(2)與目前國內(nèi)、外已投運的唯一 1臺分級式可控并聯(lián)電抗器--昕州500kV分級
式可控并聯(lián)電抗器裝置相比所提出的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置在容量分級 調節(jié)時，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通電壓，因此可由晶閘管 閥電流過零投切開通和關斷電流，斷路器不需開合電流，延長了斷路器使用年限，并避免了 分級調節(jié)過程中瞬間容量跌落的問題。技術的實用性(1)所提出的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，通過控制復合開關與本體 短路阻抗相配合實現(xiàn)無功輸出和容量調節(jié)的分級控制①在容量從小到大切換時，晶閘管閥采取過零投切的方式，對系統(tǒng)無沖擊。在晶閘 管閥導通后，斷路器閉合承擔長期工作電流，晶閘管閥短時工作，可采用空氣自然冷卻的方 式，有效降低了成本，減小了維護工作量；②在容量從大到小切換時，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)導通。通過晶閘管閥過零切換的方式，避免 了斷路器開斷感性電流，有效延長了斷路器使用年限；(2)西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)無功波動頻繁，無功電壓控制困難，對 可控并聯(lián)電抗器的調節(jié)頻度要求很高。所提出的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置， 適合于頻繁調節(jié)，特別適用于西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)，有較好的工程實用 前景。
下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置的一種典型原理接線圖；圖2是圖1所示的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置低壓側設備的單相主接 線圖；圖3是復合開關的結構原理圖。
具體實施例方式復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器根據(jù)系統(tǒng)需求可分為不同的容量級，各容量級可設計為相等或不等，根據(jù)分級數(shù)來確定低壓側所配置的晶間管閥、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級容量(25 %、50 %、75 %、100 % 4個容量級) 為例，示出了等分4級容量時的三相原理接線圖和單相主接線圖。由附圖1所示，復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構，三相高 壓側繞組接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，中性點短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側繞組 首端分別經(jīng)套管引出，低壓側繞組末端直接接地，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所示的復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置低壓側設備 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 壓側首端，y端可控電抗器低壓側末端。Xbl、Xb2、Xb3為輔助電抗器；Tkl、Tk2、Tk3分別為 100%容量級晶閘管閥組、75%容量級晶閘管閥組、50%容量級晶閘管閥組；Dll、D12、D13 分別為100%容量級斷路器、75%容量級斷路器、50%容量級斷路器；Xbll、Xbl2、Xbl3則分 別為100%容量級斷路器串聯(lián)電抗器、75%容量級斷路器串聯(lián)電抗器、50%容量級斷路器串 聯(lián)電抗器，為對應晶閘管閥提供取能和開通電壓；GW1、GW2、GW3分別為100%容量級隔離開 關、75%容量級隔離開關、50%容量級隔離開關。可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構，根 據(jù)需求可設計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)電抗器組成復合開關，Tkl、Xbll、Dll組成復合 開關FS1，Tk2、Xbl2、D12組成復合開關FS2，Tk3、Xbl3、D13組成復合開關FS3。對于系統(tǒng) 所需無功容量的輸出和分級容量的改變，通過復合開關與本體短路阻抗配合的方式實現(xiàn)。 裝置穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器D11、D12、D13全閉合時，裝置為100%容量；斷路器D12、D13閉合 時，裝置為75%容量；斷路器D13閉合時，裝置為50%容量；斷路器D11、D12、D13全部斷開 時，裝置則為25%容量。裝置穩(wěn)態(tài)運行時輸出容量與斷路器對應關系如表1所示表1投切容量控制表
權利要求
1.一種復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于該電抗器的本體采用變壓 器結構，采用高短路阻抗結構形式構成，即通過加大變壓器的漏抗，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構形式構成。
2.如權利要求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)電抗器低壓側裝設的晶閘管閥、輔助電抗器和斷路器串聯(lián)電 抗器；所述可控并聯(lián)電抗器高壓側繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電網(wǎng)上，高壓側繞組 中性點短接后經(jīng)電抗器接地；三相低壓側繞組首端分別經(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，低壓側繞組末端直接接地。
3.如權利要求1或2所述的可控并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于通過復合開關與可控并 聯(lián)電抗器本體短路阻抗相配合的方式實現(xiàn)可控并聯(lián)電抗器容量的輸出和分級調節(jié)，所述復 合開關包括斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器，在可控并聯(lián)電抗器容量分級調節(jié)過程 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通電壓，因此通過晶閘管閥電 流過零投切的方式開通和關斷電流，斷路器不需要開合電流；當可控并聯(lián)電抗器在某一容 量級穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器閉合承擔長期運行電流，晶閘管閥不需長時間工作。
4.如權利要求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；當用作線路可控并聯(lián)電抗器時，吸收輸電線路的容 性充電功率，限制工頻過電壓和操作過電壓，抑制潛供電流，提高線路輸送能力和系統(tǒng)穩(wěn)定 性；當用作母線可控并聯(lián)電抗器時，通過調節(jié)輸出無功，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)無功補償領域，提供了一種復合開關型分級式可控并聯(lián)電抗器裝置。該可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結構，可根據(jù)需求設計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)電抗器通過控制復合開關與本體短路阻抗相配合，實現(xiàn)無功容量的輸出和分級調節(jié)復合開關采用斷路器、晶閘管閥和斷路器串聯(lián)電抗器組成；當可控并聯(lián)電抗器在某一容量級穩(wěn)態(tài)運行時，斷路器閉合承擔長期工作電流，晶閘管閥不需長時間工作；在容量分級調節(jié)時，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通電壓，因此可采用晶閘管閥電流過零投切的方式開通和關斷電流，斷路器不需開合電流，有效延長斷路器的使用年限。
文檔編號H02J3/18GK102074962SQ201010614380
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日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, 王多, 賈跟卯, 鄧占鋒, 雷晰 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司, 甘肅省電力公司