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工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用解決方案
2018-8-22


1、概述

隨著我國企業(yè)用電負(fù)荷的日益增加,電抗器在電力系統(tǒng)中的作用越來越重要,用途也日益廣泛。電抗器在電力系統(tǒng)中主要用于限制短路電流、無功補償和移相等,是電感性高壓電器。電力系統(tǒng)中所采取的電抗器常見的有串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗器。并聯(lián)電抗器,在超高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中,用于補償線路的電容性充電電流,限制系統(tǒng)電壓升高和操作過電壓,主要起到穩(wěn)定電壓的作用;串聯(lián)電抗器,安裝在電容器回路中,在其投入運行時起抑制合閘涌流的作用并可以抑制諧波。


2、電抗器在電力系統(tǒng)中的主要用途

2.1 限制短路電流

電力系統(tǒng)發(fā)生短路時,會產(chǎn)生非常大的短路電流。為了保障電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器,以增大短路阻抗,達(dá)到限制短路電流的目的。由于采用了電抗器,在發(fā)生短路時,電抗器上的電壓降較大,也起到了維持母線電壓的作用,使母線上的電壓波動較小,保證了非故障線路上的電氣設(shè)備運行的穩(wěn)定性。


2.2 限制高次諧波

由于電力系統(tǒng)中使用了大量的電力電子器件,特別是大功率直流及變頻設(shè)備等,產(chǎn)生了大量的諧波,致使補償電容器頻繁損壞,甚至無法投入補償電容器。當(dāng)諧波較小時,可以用諧波抑制器,電力系統(tǒng)中諧波較高時,要用串聯(lián)電抗器,也可在濾波器中與電容器串聯(lián)或并聯(lián)用來限制電網(wǎng)中的高次諧波。


2.3 降壓啟動

隨著我國工礦企業(yè)中電動機功率不斷增大,電壓等級不斷提高,隨之產(chǎn)生的起動電流也越來越大,為了保護電動機不被沖擊電流損壞,限制其起動電流,常采用電抗器與電動機串聯(lián)。


2.4 無功補償

隨著我國工礦企業(yè)大功率非線性負(fù)荷的日益增加,電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢,煤礦電力系統(tǒng)對無功功率的需求日益增大。無功平衡對提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和改善供電質(zhì)量非常重要,同時要求其能夠動態(tài)調(diào)節(jié),在負(fù)荷高峰時能提供較多的容性無功,以滿足工礦企業(yè)的無功需求,穩(wěn)定系統(tǒng)電壓;另一方面又要能提供感性無功,以平衡輕載時大量電纜的充電功率,保證系統(tǒng)電壓不致過高。電容器與電抗器串聯(lián)組成的LC串聯(lián)電路,具有抑制一定頻率諧波的功能,通常低壓串聯(lián)電抗器用來抑制3、4、5次諧波。


2.5 消弧電抗器

消弧電抗器接于三相變壓器的中性點與地之間,在三相電網(wǎng)的一相接地時,可以供給感性電流,以補償流過接地點的電容性電流,使電弧不易起燃,從而避免電弧多次重燃引起過電壓。消弧電抗器廣泛用于6kV-10kV級的諧振接地系統(tǒng)。


2.6 移相功能

移相是交流信號的波形在變化時沒有按原來角度變化,發(fā)生了角度變化。

移相電抗器的作用是用來削弱半導(dǎo)體變流裝置和非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和電壓對供電系統(tǒng)的影響,是變流器供電系統(tǒng)抑制諧波的新方法。因為三相對稱供電系統(tǒng)中一般以5、7、11和13次諧波含量較大且對系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重,故移相電抗器針對削弱這幾次諧波來設(shè)計。


2.7 輸入、輸出電抗器

2.7.1 輸入電抗器

主要應(yīng)用于工業(yè)自動化控制中,用于抑制變頻器、調(diào)速器等產(chǎn)生的浪涌電壓和電流,最大限度的衰減系統(tǒng)中的高次和畸變諧波,限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊。


2.7.2 輸出電抗器

亦稱馬達(dá)電抗器,主要應(yīng)用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中,特別是使用變頻器的場所,用來延長變頻器的有效傳輸距離,有效抑制變頻器的IGBT模塊開關(guān)時產(chǎn)生的瞬間高壓。適用于補償分布電容,抑制輸出諧波電流,有效保護變頻器和改善功率因數(shù),減少整流單元產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染。


3、新型電抗器的應(yīng)用前景分析

電抗的調(diào)節(jié)對提高電力系統(tǒng)運行性能有著明顯的作用??煽仉娍蛊鞯膽?yīng)用,其容量隨傳輸功率的大小而變化,防止線路一側(cè)開關(guān)切合所產(chǎn)生的操作過電壓和相應(yīng)的暫態(tài)振蕩過電壓,從而減少電網(wǎng)損耗,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.1 晶閘管控制電抗器(TCR)

TCR由電抗器及晶閘管等構(gòu)成與系統(tǒng)并聯(lián),通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)等效感抗。TCR基本結(jié)構(gòu)如下圖:


目前,基于TCR的高壓靜止型動態(tài)無功補償裝置(SVC)在電力系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。SVC接入系統(tǒng)中,電力電容器提供固定容性無功,補償電抗器通過電流決定補償電抗器輸出的感性無功,能夠降低高壓負(fù)載產(chǎn)生的無功沖擊,改善電網(wǎng)電壓波動,提高電網(wǎng)功率因數(shù),是一種技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益顯著的新型節(jié)能裝置。

但是晶閘管控制電抗器也存在如下不足:由于晶閘管閥制造水平的限制,其不能直接應(yīng)用在35kV以上的高壓電力系統(tǒng)中,須通過降壓變壓器接在高電壓等級線路中;TCR能帶來大量諧波,須附加濾波裝置;晶閘管閥需要準(zhǔn)確的控制和過于復(fù)雜的保護裝置,且TCR控制存在死區(qū);晶閘管用來提供全補償,但高壓晶閘管十分昂貴;脈波數(shù)大于12的TCR過于復(fù)雜且價格很高,其觸發(fā)控制精度不夠高,脈波數(shù)大于12的TCR還沒有大量投入實際使用。


3.2 磁控電抗器(MCR) MCR和TCR功能相似,但MCR可靠性更高,安裝、維護簡單,減少了開關(guān)操作次數(shù),運行時間長,比較經(jīng)濟,電能質(zhì)量控制效率高,控制范圍大,可有效地減少功率損失,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。

MCR在工況條件下內(nèi)部損耗僅為TCR系統(tǒng)的1/2,通過國外部分國家在電力企業(yè)的應(yīng)用,可發(fā)現(xiàn)新型的MCR,可自動平滑地控制20kV到1150kV的輸電系統(tǒng),最高容量達(dá)500MVAR。在國家大電網(wǎng)的建設(shè)中,可靠性、效率、穩(wěn)定性以及節(jié)能是核心技術(shù),新型的MCR技術(shù)特別適用于長線路超高壓交流線路。


4、結(jié)語

目前,新型可控電抗器是電力系統(tǒng)中電壓控制與無功補償?shù)闹匾b置,其具有適用電壓范圍廣、可靠性好、諧波小、維護簡單等顯著優(yōu)點,是一種經(jīng)濟、高性能的靜止型動態(tài)無功補償裝置。

磁閥式可控電抗器(MCR)在技術(shù)及性價比方面,與TCR相比具有顯著的優(yōu)點,它也可以用在同步調(diào)相器和SVC上。由于其具有的可靠性、高效率、經(jīng)濟性等顯著優(yōu)點,其勢必在未來會有更廣泛的應(yīng)用。

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