高电压大容量装置研发试制及应用分析

0 引言

我国超高压输电网建设规模不断扩大，目前所采用的无功补偿技术难以适应电压等级提高和电网安全经济运行方面的要求。大部分MSVC装置只能安装在35 kV及以下电力系统中，补偿容量相对较小。随着电力电子器件与计算机控制技术的发展，MSVC装置朝着高电压、低损耗、免维护、大容量方向发展。MSVC装置是基于可调节的磁控电抗器（MCR）技术发展而来的SVC装置，能跟踪电网或负荷的无功波动，进行随机性适时补偿，维持电压无功稳定，补偿范围横跨感性和容性全范围。电压等级提高，补偿容量增大，对MSVC装置的设计、生产提出了新的要求。本文归纳总结了110 kV MSVC装置设计、生产制造过程中存在的问题及解决方法，结合其运行过程中的经济效益分析，指导后期同类型MSVC装置的高效生产、设计，对更高电压或更大补偿容量的MSVC装置研发具有一定借鉴作用。

1 110 kV MSVC装置方案设计

1.1 某220 kV变电站简介

张家口供电公司220 kV阎家屯变电站共有3台220 kV/110 kV/35 kV主变压器，其中1#和3#主变容量180 MVA，2#主变容量120 MVA。1#主变110 kV侧接#4母线，带风电负荷；3#主变110 kV侧接#5母线，带电铁负荷；2#主变备用。110 kV和220 kV母线均分列运行。本项目设置的110 kV MSVC装置安装于#5母线运行。

1.2 方案设计

3#主变110 kV侧#5母线带的电铁负荷主要为电力机车，其波动幅度大。根据变压器供电容量、系统无功波动情况以及电能质量状况，在110 kV侧安装一套110 kV MSVC装置，并通过母联开关与#4、#5母线连接。FC+MCR型SVC装置内支路设置及容量分配如表1所示。

表1 FC+MCR型SVC装置内支路设置及容量分配220 kV阎家屯变电站110 kV FC+MCR型SVC容量配置表组别 FC MCR H3支路 H5支路容量 安装容量：18 000 kvar 安装容量：18 000 kvar 额定容量：24 000 kVA基波容量：10 941 kvar 基波容量：10 131 kvar合计 安装容量：36 000 kvar 额定容量：24 000 kVA基波容量：21 072 kvar整套装置动态补偿容量：-24 000～21 072 kvar连续可调

2 高电压大容量MSVC装置设计、工艺控制难点

2.1 负荷变化跨度大

220 kV阎家屯变电站所带负荷为大功率非线性电力机车牵引机负荷，负荷波动变化跨度大，要求补偿容量大并能适时动态连续可调，既能实时补充容性无功，又能及时切掉多余容性无功，这就要求磁控电抗器输出的感性无功动态连续可调，实时抵消多余的容性无功防止过补。

2.2 直接挂接110 kV系统

以往的无功补偿主要都在变电站低压侧（35 kV及以下电压），本项目直接在110 kV侧补偿，装置绝缘水平提高至110 kV等级，各部分绝缘结构均需特殊设计，电容器组保护方式需合理选择，以提高保护灵敏度。

2.3 交直流正交磁化和铁芯局部饱和技术的实现

磁控电抗器采用交直流正交磁化和铁芯局部饱和技术，铁芯的设计和制造中如何使交直流磁路正交以及铁芯如何实现局部饱和是核心问题。

2.4 110 kV MCR试验

磁控电抗器电压等级110 kV，额定容量24 000 kVA，若要进行负载试验，就需要将试品处于额定状态，在现有供电能力0.4 kV、1 600 kVA情况下，如何进行负载试验是必须解决的一个难题。

2.5 大尺寸、大重量器身吊装翻转

110 kV MCR电压等级高、额定容量大，其器身尺寸大、重量大，对器身绝缘处理以及装配过程中的吊装翻转提出了更高要求，既要便于过程质量控制，又要提高装配进度，这就要求对现有工艺流程进行优化。

2.6 110 kV MCR精准控制

磁控电抗器要想能实时动态连续输出，控制部分必须要能快速准确地传送信号，及时传递并接受触发信号，实时动作，这就要求控制部分进行优化设计。

以上简单阐述了高电压大容量MSVC装置设计、工艺控制中存在的几个关键问题，其关系到产品质量合格与否以及后续挂网运行的可靠性。

3 难点解决措施

3.1 小截面铁芯和极限磁饱和技术调节感性无功

针对负荷变化跨度大的问题，我们前期通过设计计算、现场实测以及计算机仿真计算，确认3次谐波和5次谐波需要治理，计算出实际需要的无功补偿功率为21 072 kvar，加大了滤波电容器的设计裕量，最终安装容量定为36 000 kvar。利用MCR能动态连续可调的性能，即要改变MCR的电感，使其电感实时可调，跟踪系统需求情况实时输出感性无功，实时抵消多余的容性无功以防止过补。利用小截面铁芯和极限磁饱和技术，在交流磁路的工作铁芯上分布多个小截面，在MCR的整个容量调节范围内，仅有小截面铁芯磁路工作在饱和区，而大截面段始终工作在未饱和线性区，这样当局部饱和后，流入MCR中的电流稍有变化，则电感就会变化很大，这样输出的感性无功就跟着实时变化。

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