基于MCR的SVC及其广阔前景
唐寅生1，曲振军2
（1．湖南电力调度通信中心，长沙410007；
2．吉林电力调度通信中心，长春130021） 
　 
    摘　要：20世纪80年代以来，基于TCR的SVC，在电力系统中投入实际运行。 但是，因为它的投资昂贵，很难推广。20世纪末，MCR在俄罗斯、中国等国家问世，由于MCR的价格便宜、维护方便等优点，基于MCR的SVC，相继在一 些国家电网投入运行，并展示了它的优越性。用它来改造和发展电网的无功补偿，实施动态无功优化调整，有着广阔的发展前景。
    关键词：TCR；MCR；SVC；动态无功优化调整；安全可靠；优质经济 
1　基于TCR的SVC
　　由晶闸管控制电抗器（ThyristorControlled Reactor－TCR）与固定电容器（Fixed Capactor－FC）、机械投切电容器（Mechanically Switched Capactor－MSC）和机械投切电抗器（Mechanically SwitchedReactor－MSR）混合使用的装置称静止补偿器SVC（StaticVarCompensate）。20世纪80年代以来，在我国 电网中先后有五站、六套SVC（广东的江门、湖南的云田、湖北的凤凰山（两套）、河南的小刘及辽宁的沙岭500kV变电站）投入运行。武汉和张家港钢铁公 司扎钢机上也投入使用。
　　以湖南500kV云田变电站SVC（图1）为例，其出力在（－120～120）MVA之间变化（表1）。
　　基于TCR的SVC，虽然具有快速抑制（响应时间10ms）电压波动，节约能源，能平滑的控制无功负荷的允许波动，负荷稳定，但由于可控硅管和电抗器 处于同一相电压之下，电压高、功率大、占地面积大、可控硅管对冷却要求严格、价格高，TCR虽然可连续调整出力，但波形呈锯齿形，是一个很大的谐波源等缺 点，而且还必须和FC同时运行。所以限制了它的发展。 
 
 

2．1　MCR与TCR比较［2］
　　近几年，发现在俄罗斯、乌克兰、中国和巴西使用磁控电抗器（MagneticallyControlled Reactor－MCR）。
　　磁控电抗器与TCR不同，可控硅元件的功率和工作电压仅为电抗器额定功率和电压的0．5％左右。与普通双绕组变压器相似，因此，不需专门的冷却水，占 地少，可靠性高，波形失真小，损耗少，无故障时间12年，维护简单，不要专门的维护人员，价格便宜，投资回收期为1～2年。
　　图2、3是TCR与MCR结构比较图。
2．2　MCR的特性
2．2．1谐波及伏安特性
　　磁阀式可控电抗器产生的谐波如图4所示，图中横坐标为电抗器输出基波电流标幺值，纵坐标为电抗器产生谐波电流标幺值，基准值均为额定基波电流。可见最大3次谐波电流为额定基波电流的7％左右，5次谐波电流为2．5％左右。 
 
 
 

　　可控电抗器伏安特性如图5所示，可见，在一定控制导通角下，磁阀式可控电抗器伏安特性近似线性。
2．2．2控制特性和响应时间
　　可控电抗器控制特性如图6所示，图中横坐标为可控硅控制角度，纵坐标为电抗器在额定电压下的基波电流幅值标幺值，基准值为额定基波电流幅值。由图可见，可控电抗器输出电流（容量）随控制角增加而减少。
 
　　图6、7示出可控电抗器从空载到额定或从额定到空载容量的时间约为0．3s。例如，额定容量为300MVA的可控电抗器，紧急情况下可在0．3s内可提供300MVA的无功功率。
 
 

3　基于MCR的SVC
　　SVC的基本组成部分为MCR与电容（抗）器组。电容（抗）器组的容量，视设计要求而定。如果需要抑制谐波，则加FC。FC也可与MCR共开关。MCR的容量应等于无功负荷的变化容量。图8是它的典型接线。
4　基于MCR的SVC在我国电网的应用和广阔前景
4．1　应用
   由郑州铁路局机务处、武汉长江变压器厂、武汉水利电力大学、西安铁路局机务分处和宝鸡水电段组成的MCR研制小组，研制成功的TKGKD－2400／27．5－W电气化铁路无功动态补偿装置，电容器组容量4．8Mvar，可控电抗器容量2．4Mvar，27．5kV，IN＝87． 3A，X＝315Ω，额定损失不大于额定容量的1．2％，噪声不大于65db，电抗器自身的谐波含量：3次不大于7％，5次不大于2．5％，出力调节 0～1．0额定无级调节，总重12吨，器身重8吨，户外使用，外形尺寸：3．1×2．2×3．1m，使用寿命20年。2000年在宝鸡任家湾牵引站投入运 行，迄今安全运行。它通过低压侧直流励磁的调节，改变铁心的饱和程度，实现无功出力的连续调节。当牵引臂上有电力机车运行时，固定电容器充分补偿感性无 功，可控电抗器不出力，临近空载运行。当牵引臂上无电力机车运行时，避免电容器向系统倒送无功，可控电抗器将根据设置无功的大小，迅速调节出力，吸收电容 器的出力，使功率因数始终保持在规定值，例如0．95或以上。滤波电路滤去一定数量的3、5、7次谐波。图9是宝鸡任家湾牵引站SVC接线图。
 
　　本系统在任家湾牵引变电所运行后，取得了显著经济效益。加装可控电抗器前，仅有固定电容器 补偿，功率因数为0．85左右，每月交纳低功率因数罚款3万元左右（以0．9为考核值）。安装可控电抗器动态无功补偿系统后，功率因数提高到0．95左 右，每月因此得到电力部门奖励1万多元。此可控电抗器动态无功补偿系统投资30多万元，一年多便可收回投资。现有兰州、北京等铁路部门牵引变电所装配了数 套这种系统，可控电抗器最大容量达4．5Mvar，补偿效果令人十分满意。
 

　　2000年4月1日，由郑州铁路局组织的，“电气化铁路牵引变电所无功动态补偿装置”（郑铁局技鉴字［2000］第014号）鉴定书对“推广应用前景 与措施”这样表述：“目前全国约有1．3万公里电气化铁路，既有牵引变电站200个。椐调查目前有相当数量的牵引变电站功率因数低下。仅以郑州铁路局西安 分局为例，在电力系统考核的14个牵引变电站中，有5个功率因数不合格，占36％，北京分局在1998年度，因管内牵引变电站功率因数低于0．9，增缴电 费1000多万元。如全路以20％计，急需动态补偿的就有40个，改造后年效益可达2000多万元。”动态无功补偿给电气化铁路运行提供了良好的条件。
　　继任家湾牵引站后，SVC又在兰州的下关营和北京的良乡牵引变电站投入运行。
4．2　前景
　　现代电网的无功补偿，正向着优化、动态和平滑调节方向发展，基于MCR的SVC动态补偿，也有着广阔的发展前景。
4．2．1　应用于高压线路上
　　抑制过电压、潜供电流和控制潮流。
4．2．2　广泛应用于110～500kV变电站电网自动电压控制（Automatic Voltage
Control，简称AVC）要求每个发电厂、变电站不仅要动态调节，而且要优化（注入电网的无功值）补偿，以提高电压质量和降低线损。目前使用的成组电容器不具备这个能力。SVC（MCR＋FC＋MSC）可以做到：增加了感性补偿，改变了电容器的调节特性。
4．2．3　广泛应用于0．4～35kV电网中
　　应用在0．4～10kV配电变压器的动态补偿较晶闸管投切电容器（ThyristorSwitched Capactor－TSC）好，可准确的按要求调节功率因数、是负荷稳定的重要措施，还能抑制电压闪变，更安全可靠。
4．2．4　无功负荷变化大，有谐波分量的负载的无功补偿更需要
　　例如牵引变电站，电弧炉，油田的抽油机，轧钢机，铝厂，整流负荷。
4．2．5　广泛用于用户力率调整
　　准确的按供电部门要求调节功率因数，不罚款，可奖励。也有利于电网调压和稳定负荷。
4．2．6　户型无功补偿
　　生活用电（例如空调和取暖等负荷）的绝大部分负荷在住户，同时率高，且功率因数低，造成电压降大，功率损失大，应作到在0．4kV的末端补偿，减少0．4kV线路中的无功电流分量，也是降低线损和提高电压质量的重要措施。
5　结论
　　用基于MCR的SVC改造和建设电网的无功补偿，是提高电网电压质量，降低线损，提高电网稳定水平的积极、有效、可行的措施，有着广阔的发展前景。
参考文献 
［1］陈伯超．新型可控饱和电抗器理论及应用［M］．武汉水利电力大学出版社，1999