磁控式MCR型SVC高压动态无功补偿装置

1. 前言

   现有无功补偿的主要装置是电容器、电抗器和开关组成的无功补偿装置。开关(接触器)投切电容器组的调节方式是离散的，不能取得理想的补偿效果。开关投切电容器组所产生的涌流和过电压对系统和设备本身都十分有害。现有动态无功补偿装置如相控电抗器(TCR)占地面积大、结构复杂，维护费用高，可靠性差，不适合无人值守变电站的运行环境。

我公司研制的新型磁控电抗器(MCR) 型SVC高压动态无功补偿装置，该装置具有功耗低、免维护、结构简单、可靠性高﹑价格低廉、占地面积小等显著优点，是理想的动态无功补偿和电压调节设备。

2. MCR型SVC装置概述：

   MVR型SVC装置由补偿（滤波）支路和磁控电抗器（MCR）并联支路组成，其中补偿（滤波）支路经隔离开关固定接于母线，通过调节磁控电抗器的输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。与原各类补偿装置的主要区别在于增加了磁控电抗器。

图1 动态无功补偿装置（MCR）一次系统图

2.1磁控电抗器（MCR）基本工作原理

   磁控电抗器采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。

图2 单相磁控电抗器铁心、线圈示意图

     磁控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，如图四柱铁心结构，在中间两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，仅有小截面段铁心磁路工作在饱和区，而大截面段始终工作于未饱和线性区，其上套有线圈。如图4所示，电抗器中间两工作铁心分别有小截面段，在整个工作过程中，大截面铁心段始终不饱和，仅小截面段饱和，且饱和的程度很高。

   图3磁控电抗器原理

   图4为铁心磁化曲线示意图，曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗器铁损控制在理想状态。

图4 铁心磁饱和特性

2.2响应时间

   图5示出磁控电抗器从空载到额定或从额定到空载容量的电流过渡过程波形，时间约为0.3秒。例如，额定容量为300MVA的磁控电抗器，紧急情况下可在0.1秒内可提供300MVA的无功功率。

图5 磁控电抗器调节过渡过程波形

2.3技术优势：

 2.3.1 可靠性

 2.3.1.1.磁控电抗器不需要外接电源，完全由电抗器的内部绕组来实现自动控制。

 2.3.1.2. 通过控制可控硅晶闸管的导通角进行自动控制，因此可实现连续可调，并且从小容量到大容量的过渡时间很短，因此可以真正实现柔性补偿。

 2.3.1.3. 网侧绕组不需要抽头，所有绕组的联接也很简单，保证高压或特高压磁控电抗器的可靠性。

2.3.2安全性：

 2.3.2.1.与TCR相比，MCR仅仅需要一个二极管、两个晶闸管，磁控电抗器晶闸管不需要串、并联，承受电压只有总电压的1％～2％，运行稳定可靠。

 2.3.2.2.整流控制产生的谐波不流入外交流电路。

 2.3.2.3.即使晶闸管或二极管损坏，磁控电抗器也仅相当于一台空载变压器，不影响系统其他装置的运行。

 2.3.2.4.接入三相系统的MCR采用△连接，并不是将磁控电抗器取代滤波电容中的串联电抗器，因此与电容器不会产生谐振。当MCR容量与电容器容量相等时，发生并联谐振，等效阻抗为无穷大，相当于从系统中断开。

2.4 经济优势

2.4.1.采用低电压可控硅控制，设备投资少，后期免维护。

2.4.2.在相同电压下可提高30%的输电容量，降低输电线路的损耗。

2.4.3.可取消自耦变压器第三绕组以及补偿电容器，工程总造价降低 。

2.4.4.磁控电抗器结构简单，占地面积小，基础投资大大压缩。

2.4.5.磁控电抗器自身有功损耗低，仅为TCR的50%，平均为0.2%-0.4%。

3.磁控电抗器（MCR）与相控电抗器（TCR）技术经济比较

4. 装置的主要功能及特点

(1)动态无功功率补偿及谐波滤波 

(2)稳定电网电压，提高供电质量

(3)抑制电压闪变     

(4)提高用电设备的有功输出

(5)降低线路压降、减少功率损耗

(6)响应速度快，可用于变化频繁、冲击性负载

(7)控制系统采用基于瞬时无功理论的全数字控制技术

(8)连续自动调节 

(9)有功功率和无功功率的在线实时检测及其显示

(10)相序、过电压、过电流的检测

(11)故障的自诊断及其保护、报警    

(12)良好的人机界面

5. 装置的技术指标

(1)电压波动：满足GB1236-2000

(2)谐波电流及电压总畸变率：满足GB/T14549-93

(3)平均功率因数：≥0.95  

(4)整机响应速度：<0 .1S

(5)装置能耗：  ≤3％