工業(yè)控制應(yīng)用系統(tǒng)
1、概述
隨著我國(guó)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(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行時(shí)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生非常大的短路電流。為了保障電氣設(shè)備的動(dòng)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(shí)，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(dòng)較小，保證了非故障線路上的電氣設(shè)備運(yùn)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(bǔ)償電容器頻繁損壞，甚至無法投入補(bǔ)償電容器。當(dāng)諧波較小時(shí)，可以用諧波抑制器，電力系統(tǒng)中諧波較高時(shí)，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?jiǎn)?dòng)
隨著我國(guó)工礦企業(yè)中電動(dòng)機(jī)功率不斷增大，電壓等級(jí)不斷提高，隨之產(chǎn)生的起動(dòng)電流也越來越大，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)不被沖擊電流損壞，限制其起動(dòng)電流，常采用電抗器與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)。下圖為某煤礦主通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)圖：
2.4 無功補(bǔ)償
隨著我國(guó)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(shì)，煤礦電力系統(tǒng)對(duì)無功功率的需求日益增大。無功平衡對(duì)提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和改善供電質(zhì)量非常重要，同時(shí)要求其能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在負(fù)荷高峰時(shí)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(shí)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(diǎn)與地之間，在三相電網(wǎng)的一相接地時(shí)，可以供給感性電流，以補(bǔ)償流過接地點(diǎn)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(jí)的諧振接地系統(tǒng)。
2.6 移相功能
移相是交流信號(hào)的波形在變化時(shí)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(duì)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?yàn)槿鄬?duì)稱供電系統(tǒng)中一般以5、7、11和13次諧波含量較大且對(duì)系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重，故移相電抗器針對(duì)削弱這幾次諧波來設(shè)計(jì)。
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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)中，特別是使用變頻器的場(chǎng)所，用來延長(zhǎng)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(shí)產(chǎn)生的瞬間高壓。適用于補(bǔ)償分布電容，抑制輸出諧波電流，有效保護(hù)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(duì)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(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行性能有著明顯的作用。可控電抗器的應(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(dòng)態(tài)無功補(bǔ)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(bǔ)償電抗器通過電流決定補(bǔ)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(dòng)，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，是一種技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)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(jí)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(hù)裝置，且TCR控制存在死區(qū);晶閘管用來提供全補(bǔ)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(jià)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(shí)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(hù)簡(jiǎn)單，減少了開關(guān)操作次數(shù)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，比較經(jīng)濟(jì)，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(yùn)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(guó)外部分國(guó)家在電力企業(yè)的應(yīng)用，可發(fā)現(xiàn)新型的MCR，可自動(dòng)平滑地控制20kV到1150kV的輸電系統(tǒng)，最高容量達(dá)500MVAR。在國(guó)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(zhǎng)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(bǔ)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(hù)簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、高性能的靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
磁閥式可控電抗器(MCR)在技術(shù)及性價(jià)比方面，與TCR相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)性等顯著優(yōu)點(diǎn)，其勢(shì)必在未來會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。
