磁控式MCR型SVC高壓動態無功補償裝置

1. 前言

   現有無功補償的主要裝置是電容器、電抗器和開關組成的無功補償裝置。開關(接觸器)投切電容器組的調節方式是離散的，不能取得理想的補償效果。開關投切電容器組所產生的涌流和過電壓對系統和設備本身都十分有害。現有動態無功補償裝置如相控電抗器(TCR)占地面積大、結構復雜，維護費用高，可靠性差，不適合無人值守變電站的運行環境。

我公司研制的新型磁控電抗器(MCR) 型SVC高壓動態無功補償裝置，該裝置具有功耗低、免維護、結構簡單、可靠性高﹑價格低廉、占地面積小等顯著優點，是理想的動態無功補償和電壓調節設備。

2. MCR型SVC裝置概述：

   MVR型SVC裝置由補償（濾波）支路和磁控電抗器（MCR）并聯支路組成，其中補償（濾波）支路經隔離開關固定接于母線，通過調節磁控電抗器的輸出容量（感性無功），實現無功的柔性補償。與原各類補償裝置的主要區別在于增加了磁控電抗器。

圖1 動態無功補償裝置（MCR）一次系統圖

2.1磁控電抗器（MCR）基本工作原理

   磁控電抗器采用直流助磁原理，利用附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心磁導率，實現電抗值的連續可調，其內部為全靜態結構，無運動部件，工作可靠性高。

圖2 單相磁控電抗器鐵心、線圈示意圖

     磁控電抗器采用小截面鐵心和極限磁飽和技術，如圖四柱鐵心結構，在中間兩工作鐵心柱上分布著多個小截面段，在電抗器的整個容量調節范圍內，僅有小截面段鐵心磁路工作在飽和區，而大截面段始終工作于未飽和線性區，其上套有線圈。如圖4所示，電抗器中間兩工作鐵心分別有小截面段，在整個工作過程中，大截面鐵心段始終不飽和，僅小截面段飽和，且飽和的程度很高。

   圖3磁控電抗器原理

   圖4為鐵心磁化曲線示意圖，曲線中間部分為未飽和線性區，左、右兩邊為極限飽和線性區。若使電抗器工作在極限飽和線性區，不僅可以減小諧波含量，同時亦能大幅降低鐵心磁滯損耗，電抗器鐵損控制在理想狀態。

圖4 鐵心磁飽和特性

2.2響應時間

   圖5示出磁控電抗器從空載到額定或從額定到空載容量的電流過渡過程波形，時間約為0.3秒。例如，額定容量為300MVA的磁控電抗器，緊急情況下可在0.1秒內可提供300MVA的無功功率。

圖5 磁控電抗器調節過渡過程波形

2.3技術優勢：

 2.3.1 可靠性

 2.3.1.1.磁控電抗器不需要外接電源，完全由電抗器的內部繞組來實現自動控制。

 2.3.1.2. 通過控制可控硅晶閘管的導通角進行自動控制，因此可實現連續可調，并且從小容量到大容量的過渡時間很短，因此可以真正實現柔性補償。

 2.3.1.3. 網側繞組不需要抽頭，所有繞組的聯接也很簡單，保證高壓或特高壓磁控電抗器的可靠性。

2.3.2安全性：

 2.3.2.1.與TCR相比，MCR僅僅需要一個二極管、兩個晶閘管，磁控電抗器晶閘管不需要串、并聯，承受電壓只有總電壓的1％～2％，運行穩定可靠。

 2.3.2.2.整流控制產生的諧波不流入外交流電路。

 2.3.2.3.即使晶閘管或二極管損壞，磁控電抗器也僅相當于一臺空載變壓器，不影響系統其他裝置的運行。

 2.3.2.4.接入三相系統的MCR采用△連接，并不是將磁控電抗器取代濾波電容中的串聯電抗器，因此與電容器不會產生諧振。當MCR容量與電容器容量相等時，發生并聯諧振，等效阻抗為無窮大，相當于從系統中斷開。

2.4 經濟優勢

2.4.1.采用低電壓可控硅控制，設備投資少，后期免維護。

2.4.2.在相同電壓下可提高30%的輸電容量，降低輸電線路的損耗。

2.4.3.可取消自耦變壓器第三繞組以及補償電容器，工程總造價降低 。

2.4.4.磁控電抗器結構簡單，占地面積小，基礎投資大大壓縮。

2.4.5.磁控電抗器自身有功損耗低，僅為TCR的50%，平均為0.2%-0.4%。

3.磁控電抗器（MCR）與相控電抗器（TCR）技術經濟比較

4. 裝置的主要功能及特點

(1)動態無功功率補償及諧波濾波 

(2)穩定電網電壓，提高供電質量

(3)抑制電壓閃變     

(4)提高用電設備的有功輸出

(5)降低線路壓降、減少功率損耗

(6)響應速度快，可用于變化頻繁、沖擊性負載

(7)控制系統采用基于瞬時無功理論的全數字控制技術

(8)連續自動調節 

(9)有功功率和無功功率的在線實時檢測及其顯示

(10)相序、過電壓、過電流的檢測

(11)故障的自診斷及其保護、報警    

(12)良好的人機界面

5. 裝置的技術指標

(1)電壓波動：滿足GB1236-2000

(2)諧波電流及電壓總畸變率：滿足GB/T14549-93

(3)平均功率因數：≥0.95  

(4)整機響應速度：<0 .1S

(5)裝置能耗：  ≤3％