[实用新型]一种兼具直流偏磁及无功补偿功能的新型电力变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气工程领域，具体指一种集成了可控电抗器，可以实现直流偏磁补偿和无功补偿功能的具有智能特征的电力变压器。

背景技术

二十世纪七八十年代以来，随着超高压远距离输电系统的发展及电力系统负荷变化影响的加剧，电网中的无功功率消耗日益增大，无功功率不足是导致我国电能质量不高和浪费的重要因素。可控电抗器与电容器组并运行相互协调可以调节无功。所以在特高压或超高压，大容量的电网中，安装一定的无功补偿装置来控制无功潮流，稳定电网的运行电压。大量的理论研究和实践证明，调节电抗对于提高电力系统的运行性能有显著的作用，特别是可控电抗器的应用，其容量会随着传输功率的大小而自动变化，防止了线路一侧开关切合时所产生的过高的工频操作过电压及相应的暂态震荡过电压，同时也可以减少电网损耗、提高电能质量，带来了巨大的经济效益和社会效益。所以可控电抗器的研究越来越成为当今各国电力决策和电力设计人员的共同目标。

1965年英国通用电气公司制造了世界上第一台可控电抗器，1977~1978年，美国GE公司，西屋公司和BBC公司先后研制出采用晶闸管控制的静补装置、超高压TCT型静补装置、晶闸管控制电抗器(TCR)。1986年，原苏联提出了新型可控电抗器结构，从而使饱和式可控电抗器有了突破性进展，电抗器性能有了大大的改善。随后日本的研究人员提出了基于控制磁通原理正交磁心的可控电抗器；欧美一些国家也开始对可控电抗器进行研究。近些年来，国内外学者和科研机构对可控电器的研究，在许多方面都取得了成果，如基于PWM控制的可控电抗器、基于可控负载原理的变压器式可控电抗器、基于磁通控制原理的正交磁心式可控电抗器、超/特高压可控电抗器等。

国内对可控电抗器的研究主要集中在直流可控电抗器和交流可控电抗器上。在直流可控电抗器方面，武汉大学、上海交通大学和华北电力大学进行了深入的研究。在交流电抗器方面，浙江大学、华中科技大学展开了这个方面的研究。我国的原武汉水利电力大学于1990年开始对新型可控电抗器进行研究，并取得了一系列的研究成果。1977年研制成功了基于磁阀式可控电抗器的自动调谐消弧线圈，1988年开发出27.5KV电气铁路动态无功补偿的可控电抗器，目前正致力于更高电压等级、更大容量的可控电抗器的理论和应用研究。对特高压可控电抗器的研究还有湖南大学、西安交通大学、浙江大学、华中科技大学等高等院校，以及特变电工衡阳变压器有限公司、特变电工沈阳变压器有限公司和西安变压器有限公司等企业单位。

随着我国“西电东送，南北互供，全国联网”的电力发展总方针，直流输电技术将会成为全国电网互联主要解决途径，因此直流输电系统稳定运行对于整个电网的安全稳定具有重要作用。但随着大容量、长距离直流输电的应用，以大地返回方式运行的直流输电系统的接地极电流会通过变压器中性点流过变压器绕组，引起变压器直流偏磁现象。变压器中性点引入的直流电在变压器内部形成直流偏磁，可以使铁心磁通严重饱和，励磁电流高度畸变，产生大量谐波，噪声明显增大，金属构件损耗增加，无功损耗增加，严重时可能会导致局部过热现象，破坏绝缘，以致损坏变压器或降低寿命。

1989年3月13日，直流偏磁现象引起加拿大魁北克水力发电中断，美国东海岸发电站的大型升压变压器被毁，其中连接两个低压绕组导线的铜接线头烧毁，电网SVC装置的继电保护误动作，大量电容器退出运行，系统电压崩溃，最终失去9500MW负荷，电网解列了近9个小时。

1992年，美国专家以魁北克水电站Radisson/LG2联合体为对象，提出了几种抑制直流电流的方案，其方法是将中性线串联工频阻抗较小的电容器，以间隙、可触发间隙及MOV等实现中性点电容器的快速过电压保护，方案还配备有机械旁路开关。美国DEI公司1996年初开发了4套变压器隔直装置；2003年又根据SIEMENS公司提供的参数开发了10套变压器隔直装置，并用于靠近印度的一条HVDC终端站的变压器。此装置由1个4000uF（50Hz）隔直/通交电容器和2组反并联的大电流旁路通道以及机械开关旁路组成。