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一、可控電抗器概述
可控電抗器即電抗值或電抗器容量可控調(diào)節(jié)的電抗器。
對可控電抗器的研究始于上個世紀50年代，相繼出現(xiàn)了調(diào)匝式、調(diào)氣隙式、高阻抗變壓器式、相控式等多種類型的可控電抗器，這些可控電抗器對當時的電力工業(yè)發(fā)展起了一定的積極作用。但是，這些可控電抗器由于受工作原理、控制方式等多種因素的限制，大都不能應用于高壓電網(wǎng)中，更不能適應快速響應、自動控制的需要。
根椐磁飽和原理設計制作的可控電抗器于50年代由英國率先研制成功，但該電抗器損耗大，響應速度慢，沒有得到普遍采用。1986年原蘇聯(lián)專家提出了新的磁飽和式可控電抗器設計方案，大大地改善了可控電抗器的性能，將可控電抗器的研究向前推進了一大步。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展、材料性能的改善和電力工業(yè)飛速發(fā)展的需要，為可控電抗器的研制和開發(fā)提供了廣闊的天地。1990年我國少數(shù)專家開始著手磁飽和式可控電抗器的研制，并已取得了積極的成果。我公司與國內(nèi)某知名大學電氣工程學院研制開發(fā)的直流偏磁磁閥式可控電抗器（簡稱新型可控電抗器），將我國可控電抗器的研究推向了實用階段。
二、新型可控電抗器
新型可控電抗器與傳統(tǒng)飽和式電抗器雖然都源于磁飽和的原理，但由于其設計理念不同，結(jié)構(gòu)方式不同，二者的工作性能有著明顯的差別。
傳統(tǒng)的飽和式可控電抗器在工作過程中，鐵心長期處于磁飽和狀態(tài)，損耗很大，控制繞組的電流慣性也大，響應時間長，很難適應電網(wǎng)發(fā)展的要求。制作出超大容量的可控電抗器將很困難。
新型可控電抗器在設計上賦予了新的理論，采用了先進的導磁材料和控制技術(shù)，克服了飽和式可控電抗器存在的弊端，具有可隨著高壓輸電線路傳輸功率的變化自動平滑地調(diào)節(jié)自身容量的能力；響應時間可在5ms～300ms內(nèi)根據(jù)不同系統(tǒng)設計，自動化程度高；由于其結(jié)構(gòu)簡單，提高了設備的可靠性；同時，不僅減小了體積，也降低了損耗和成本。新型可控電抗器的研制成功填補了我國可控電抗器的空白。
三、輸配電系統(tǒng)中的動態(tài)靜止無功補償
隨著互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展，我國跨區(qū)域的長距離集中送電的交流輸電通道或交直流并聯(lián)輸電通道越來越多，大事故擾動下電網(wǎng)的動態(tài)無功支持能力不僅成為互聯(lián)電網(wǎng)送電能力的重要約束，而且能夠影響到聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平和電壓安全裕度。近年來，隨著大功率非線性負荷用戶的不斷增多，對電網(wǎng)的沖擊和諧波污染呈不斷上升趨勢，缺乏無功調(diào)節(jié)手段造成了母線電壓隨運行方式的變化很大，導致電網(wǎng)線損增加，穩(wěn)定性下降，使得系統(tǒng)電壓合格率不高。而在我國電網(wǎng)建設和運行中，長期存在的一個問題是無功補償容量不足和配備不合理，特別是可調(diào)節(jié)的無功容量不足，快速響應的無功調(diào)節(jié)設備更少。電網(wǎng)發(fā)展與無功補償不足的矛盾越來越突出，新型可控電抗器的誕生為解決這一矛盾提供了良好的設備和途徑。
無功補償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機→開關投切固定電容器→動態(tài)投切電容器（SVC）→無功發(fā)生器（STATCOM）的過程。它們的各自特點如下：
?、?/span> 同步調(diào)相機：響應速度慢，噪音大，損耗大，技術(shù)陳舊；
?、?/span> 開關投切電容器：慢響應補償方式，連續(xù)可控能力差；
?、?/span> 靜止無功補償器（SVC）：先進實用技術(shù)，得到了廣泛應用；
?、?/span> 靜止無功發(fā)生器（STATCOM）：技術(shù)上有局限性，處于少數(shù)示范工程階段。
靜止無功補償器（SVC）的主要形式有TCR(晶閘管相控電抗器型)和TSC（晶閘管投切電容器型）以及兩者的結(jié)合。在高壓和超高壓電網(wǎng)的靜止無功補償中，TSC受晶閘管自身參數(shù)的影響，使設備復雜，造價高昂，維修困難，可靠性差，普遍采用的難度很大。
我公司研制開發(fā)的新型可控電抗器亦屬于SVC的范疇，但與TSC不同的是，采用低壓直流控制，規(guī)避了TSC高壓控制的風險；磁閥式結(jié)構(gòu)設計，擴大了電流調(diào)整范圍，有效地降低了諧波和損耗；加之成本低廉，安全可靠，是優(yōu)于TSC的無功補償設備。
四、新型可控電抗器的應用
（一）輸配電系統(tǒng)的動態(tài)無功補償
將固定電容器與新型可控電抗器并聯(lián)在輸配電線路上，依靠電抗器具有的調(diào)節(jié)自身容量的特性自動平衡無功，這一過程即為無功補償（如圖1所示）。其補償過程是：當線路傳輸自然功率時，它的電抗值最大，容量最小，吸收的容性無功也最??；當線路傳輸功率很小時，它的電抗值最小，容量達到額定值，意味著所吸收的容性無功最大。由于新型可控電抗器具有實時檢測和快速響應的特點，可以在瞬時內(nèi)改變自己的電抗值，以達到自動快速平衡無功的目的。
新型可控電抗器的實質(zhì)是特殊的并聯(lián)電抗器，它可與電容器一起直接并聯(lián)在高壓或超高壓輸電線路上。可控電抗器采用的是低壓直流控制，與現(xiàn)行的SVC補償裝置相比更適合于高壓運行。這種無功補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟安全，是輸配電系統(tǒng)無功補償理想的替代產(chǎn)品。
目前我公司與國內(nèi)某知名大學研制開發(fā)的新型可控電抗器電壓等級為10kV～110kV ，最大容量為300Mvar ,根據(jù)使用場合的不同，響應時間可在5ms～300ms之間設置，功率因數(shù)的控制精度可以穩(wěn)定地控制在0.95～0.96。
（二）冶煉行業(yè)的無功補償
在冶煉行業(yè)，電弧爐和軋鋼機是耗能大、對供電系統(tǒng)沖擊大的設備，特別是電弧爐作為非線性無規(guī)律負荷接入電網(wǎng)，導致電網(wǎng)嚴重三相不平衡，產(chǎn)生負序電流和高次諧波，使電壓畸變更趨復雜化，存在嚴重的電壓閃變，許多中小企業(yè)的功率因數(shù)只能達到0.7左右。
軋鋼機及其他工業(yè)對稱負載，在工作中所產(chǎn)生的無功沖擊也會引起電網(wǎng)電壓降及電壓波動，嚴重時使電氣設備不能正常工作，降低了生產(chǎn)效率。
徹底解決上述問題的唯一方法是安裝具有快速響應的動態(tài)無功補償。新型可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)具有優(yōu)良的動態(tài)特性和快速響應的能力，完全可以滿足嚴格的技術(shù)要求，向電弧爐和軋鋼機快速提供無功電流并且穩(wěn)定母線電網(wǎng)電壓，增加有功功率的輸出，節(jié)約電能,提高生產(chǎn)效率，并且最大限度地降低閃變的影響。
（三）電氣化以鐵路的無功補償
電力機車運輸方式在保護環(huán)境的同時也對電網(wǎng)造成了嚴重“污染”，因電力機車為單相供電,這種單相負荷造成了供電網(wǎng)的嚴重三相不平衡及低的功率因數(shù),并產(chǎn)生負序電流。
目前世界各國解決這一問題的唯一途徑就是在鐵路沿線適當位置安裝動態(tài)補償系統(tǒng)，通過快速補償來平衡三相電網(wǎng),并通過濾波裝置來提高功率因數(shù)。這一目的可由新型可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)來實現(xiàn)。所配置的可控電抗器容量可根據(jù)用戶實際需要設計。
（四）城市二級變電站的無功補償
在區(qū)域電網(wǎng)中，一般采用分級投切電容器組的方式來補償系統(tǒng)無功，改善功率因數(shù)，這種方式只能向系統(tǒng)提供容性無功，并且不能隨負載的變化而實現(xiàn)快速精確調(diào)節(jié)，在保證母線功率因數(shù)的同時，容易造成向系統(tǒng)倒送無功，抬高母線電壓，危害用電設備及系統(tǒng)穩(wěn)定性。新型可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)可以快速精確地進行無功補償，使母線電壓穩(wěn)定，在提高功率因數(shù)的同時，徹底、方便地解決了無功倒送問題。
（五）遠距離電力傳輸補償
全球電力目前正在趨向大功率，長距離輸電，高能量消耗，同時也迫使輸配電系統(tǒng)不得不更加有效，新型可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)可以明顯提高電力系統(tǒng)輸配電性能，這已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的證明，即在不同的電網(wǎng)條件下，為保持一個平衡的電壓時，可在電網(wǎng)的一處或多處適合的位置上安裝新型可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)，以達到穩(wěn)定弱系統(tǒng)電壓；減少傳輸損耗；增加傳輸能力，使現(xiàn)有電網(wǎng)發(fā)揮最大效率；提高瞬變穩(wěn)態(tài)極限；增加小干擾下的阻尼；增強電壓控制及穩(wěn)定性；緩沖功率振蕩。
（六）礦山、通信等企業(yè)的重負載補償
礦山的提升機、大功率破碎機、空壓機，采油用的磕頭機，通信行業(yè)使用的大功率逆變電源等，消耗大量的無功電能，引起電網(wǎng)電壓降及電壓波動，使功率因數(shù)下降，傳動裝置會產(chǎn)生有害高次諧波。對于電網(wǎng)來說，各類企業(yè)都存在大量的無功負載，這些負載是電網(wǎng)負載的主體，解決上述問題，除了輸配電系統(tǒng)集中配置無功補償系統(tǒng)外，大量的是需要在企業(yè)的變電站（所）就近安裝補償系統(tǒng)，這是可控電抗器動態(tài)補償系統(tǒng)最廣闊的應用空間。
（七）可控電抗器的其他應用
① 電壓調(diào)節(jié)與系統(tǒng)保護
可控電抗器能有效地限制工頻過電壓和操作過電壓。
在電網(wǎng)正常運行時，可控電抗器的容量可根據(jù)線路所傳輸?shù)墓β首詣悠交{(diào)節(jié)，以穩(wěn)定其電壓水平。在線路傳輸大功率時，若出現(xiàn)末端三相跳閘甩負荷的情況，處于接近空載狀態(tài)的可控電抗器可通過快速勵磁系統(tǒng)迅速將電抗器容量調(diào)整到所需值，以限制工頻過電壓。
由于可控電抗器的補償作用，使得空載線路的工頻電壓得以抑制，從而降低了系統(tǒng)的操作過電壓水平，其過電壓水平不超過1.6倍。
可控電抗器能抑制潛供電流。可控電抗器配合中性點小電抗和一定的控制方式，可大大減小線路單相接地時的潛供電流，有效地促使電弧熄滅。
可控電抗器還能有效地消除發(fā)電機自勵磁。發(fā)電機帶空載線路運行時，有可能產(chǎn)生自勵磁，這對發(fā)電機是不利的?？煽仉娍蛊鞯淖詣悠交a償作用能有效地消除產(chǎn)生自勵磁的條件和現(xiàn)象。
② 節(jié)約電能
由于可控電抗器具有自動平衡系統(tǒng)無功的能力，大大降低了系統(tǒng)的無功損耗，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，是節(jié)能降耗的重要設備。
五、我公司新型可控電抗器的生產(chǎn)水平
目前我公司與武漢大學共同研制開發(fā)的磁閥式可控電抗器電壓等級為10kV～110kV，最大容量為300Mvar。也可根據(jù)用戶提供的需用參數(shù)進行專門設計，為用戶提供性能優(yōu)良的可控電抗器。我們愿與廣大用戶一道，致力于中國的電氣節(jié)能事業(yè)，以先進的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品服務于國內(nèi)電力市場，為各工礦企業(yè)及電力部門的節(jié)能降耗和安全生產(chǎn)做出貢獻。