港口科技・港口电气 磁控电抗器在＝＝；匕良港变电所无功宜动毒Ｉ、偿 装置中的应用 刘 松 （中国华粮物流集团北良有限公司， 辽宁 大连 １１ ６００１） 摘要：北良港≠｝３变电所所供电力变化较大，导致其功率因素极低，为此进行了改造， 使用了磁控电抗器。介绍了 ３变电所的概况。提出了改造要达到的目标，详细介绍了 改造方案，作了经济｝生分析。这一方案达到了节能降耗的目的。 关键词：港口 自动补偿装置磁控电抗器 改造应用 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅａｃｔｏｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ ｏｆ Ｂｅｉｌｉａｎｇ Ｐｏｒｔ’Ｓ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｌｉｕ Ｓｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｇｒａｉｎ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｄａｌｉａｎ １ １ ６００ １） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｂｙ Ｎｏ．３ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｌｉａｎｇ Ｐｏｒｔ ｈａｓ ｂｉｇ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｄｕｃｔｓ ｆａｒ ｌｏｗｅｒ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ， ＳＯ ａ ｒｅｆｏｒｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏ１ ｒｅａｃｔｏｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．３ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｒｅｆｏｒｍ．Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｐｌａｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｉｓ ｐｌａｎ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｐｏｗｅｒ－ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔｉｏｎ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅａｃｔｏｒ ｒｅｆｏｒｍ ａｐｐｌｙ 北良港现有１０个变电所。其中总变电所为 ３变电所的负荷主要是港口传输机械如皮带机 ６６ｋＶ，下设９个１０ｋＶ分变电所，按序号ｌ至９ 的驱动电机、装卸船机、门机等。所供负荷中ｌ０ｋＶ 排列，双回ｌＯｋＷ供电，电源进线分别接在Ｉ、 高压电动机１８台，总容量为５ ２５０ｋＷ，占整个港 ＩＩ段母线上，通过母联开关将两段母线连接。由 区现场高压电动机总容量的４８％；１０／０．４ ｋＶ变压 于北良公司另建有热电厂，故其中一路电源可通 器１４台，装机总容量为１７ ４６０ｋＶＡ，占整个港区 过６６ｋＶ变电所的转换开关转由热电厂供电。为 现场变压器总容量的２２％。原设计在≠｝３变电所Ｉ、 了保证供电系统的安全运行，≠｝３变电所的运行方 ＩＩ段母线各安装一组容量为６３０干ｋｖａｒ的无功补 式基本为ＩＩ段（电网）进线供电、Ｉ段（自备热 偿装置进行分段补偿，现在由于变电所运行方式的 电厂）进线开关断开、母联开关闭合的运行状态。 改变以及由ｊ二，丰产流程的不确定性而导致的≠｝３变 ・７。 港口科技・港口电气 电所所供电力变化较人，且无规律性，造成原有的 多支付力率电费数千至３万元不等（２０１１年６至 补偿装置不能止常ｌ：作，使｝｝３变电所的功率冈数 １０月份，这项支出合计为９万元）。≠≠３变电所高压 极低。导致整个港 的功率因数被拉低。每月冈此 系统见图１。 曙 ｌ ２＃ 缸 － ｛ ｌ ●－ Ｉ ●暑 ： ＇ ｌｔ 瞻Ｉ ｛ ． ｌ雷 ｛ 霉 霉蠹ｆ － ８｛ ｌ 一｝害 ．』 ｛－ 霉 ． ｌ８ ｝越 ｌ窭 ： ｛ ｌ： ｌ，‘ ｛● 客 霉 １２－ 嘧ｌ Ｉ ｌ． 《 ’ ：ｌＩ‘ ：， ：…。】 ： Ⅲ ；Ｅ １Ｌ ’ ¨‘ 。＿： ： ：Ｅ ５帆 ¨ｆ蛐 ｃ． ＾】 兰 ｔ ：ｔ …＿ ｔｆ¨ ： ：自 ： ＿ ●““－ ；： 采自一段母线 来自二段母线 ｛霉 ｛霉 ｛霉 ｝舀 霉 ｛霉 ｛窨 ｛霉 舡ｌ＃＃矗 ｛ｌ缸缸！Ｉｌ＃ ＃ｉ 缸｛ 建 蝣 菇 ＃Ｉ』＃＃』＃＃ｌ＃ 黼 ０ｏ／ａ￣＇） 晶 图１＃３变电所高压系统图 鉴于上述原冈，决定对原有的补偿装置进行 组、晶闸管开关和电抗器（ＭＣＲ）支路并联共同组 改造。 成。其 Ｉ ：作原理是：由于抖３变电所主要是感性负 １ 改造后应满足如下要求： 载，在需要进行补偿时，如果需要补偿的无功功 １）采 静Ｉ｝＝无功补偿装置，补偿后获得较高 率不大，容量较小的电容支路先投入。如果所投 的功率冈数。 较小容量的补偿达不到补偿要求，投入容量大的 ２）不会产生过补偿。 的补偿装置，同时小容量补偿装置切除。如果这 ３）补偿装置本身的耗电量要相对较低，磁控 时所需补偿的无功功率仍较大，小容量的补偿再 电抗器在空载的状态下小于同容量的变压器的空 次投入。在负荷发生变化出现过补偿时，调整可 载损耗。更由丁在设计上实施分组投切，不会造 控电抗器值的大小，吸收补偿过程中产生的多余 成磁控电抗器的满载ｆ 况。 容性无功，使系统感性和容性无功趋于平衡。功 ４）装置本身具有抑制谐波和合闸涌流的功 率冈数保持在给定值。同时由于投入的可控电抗 器的容量随跟踪传输功率的火小而自动变化，防 能。 ５）具有通讯功能，能够将补偿装置的相关参 止了线路一侧开关切合所产生的过高的一。Ｉ：频操作 数通过光纤传剑６６ｋＶ变电所。 过电压及相应的暂态振荡过电压，提高供电质量 ６）装置本身Ｉ 作简单可靠、维护成本低，适 以及系统的稳定性，达到补偿效果。这种运行方 合安装在无人值守变电所。 式灵活多变，并可保持较低的补偿装置本身的功 率消耗。根据＃３变电所以前运行记录，无功功率 ２改造方案 在２ ５００ｋｖａｒ的概率较人，＃３变电所功率因数低 为了使补偿装置安全、可靠、避免产生过补 时在０．６左右，在此状态卜总变电所的功率因数 偿以及减少补偿装置本身的电能消耗，拟采用以 一般不超过０．８５。即使在＃３变电所低负荷运行 的补偿方式：将补偿装置分为两组，一组为并 时，无功功率一般也在５００ｋｖａｒ以上。为此，经 联容量较小的电容器组（ＦＣ）补偿；另一组为并 综合考虑，将补偿装置的容量分别定为５００ｋｖａｒ 联容量较人的静Ｊ卜无功补偿装置，由并联电容器 和ｌ ５００ｋｖａｒ，５００ｋｖａｒ为并联电容器组补偿， ・８・ Ｉ ５００ｋｖａｒ为电容与磁控电抗器共同补偿。同时 根据对电能质量的实际测量，为了抑制系统中的 高次谐波，在电容电路中接入６％的电抗器。 ３控制原理： ３．１基本构成： 整个系统分为电容补偿（ＦＣ支路）、电容加 磁控电抗器补偿（ＭＣＲ支路）组成的一次同路和 控制同路两部分。ＦＣ支路分５００ｋｖａｒ和１ ５００ｋｖａｒ 两段向按照系统功率因数需求提供同定容性无 功，ＭＣＲ则按系统负荷变化吸收多余容性无功， 使系统感性无功和容性无功组成合理，使系统功 率因素达到设计要求。 ３．２ ＭＣＲ的构成 磁控电抗器（ｍａｇｎｅｔ ｉｃ ｏｏｎｔｒｏｌ ｒｅａｃｔｏｒ） 全称为磁阀式可控电抗器，与一般电抗器的主要 区别是其线圈内部的铁芯是由不同截面的矽钢片 组成。当通过的磁通不大时，铁芯不饱和，磁通 顺利通过整个铁芯；当磁通大到某一数值时，小 截面段铁芯率先饱和，磁阻增大，致使电感量发 生变化。通过调节可控硅的触发角可控制电抗器 铁芯的饱和度，从而通过适当的方式改变电抗器 的电感量，来达到控制电抗器容量的目的。 具体接线方式见图２： Ｂ 图２磁控电抗器接线图 对于每相来说（以Ａ相为例），见图３： 港口科技・港口电气 图３磁控电控器各相接线图 在不计漏磁的情况，对圆柱形缠绕电感，其 基本计算公式为： 乙＝ ｏ ｑ ｖＮ２Ａ／ｔ 其中Ｌ为电感单位，ｈ 。自由空间的磁导率＝４ ３１ Ｘ １０ ｈ／ｍ 为芯材料的相对磁导率 Ｎ线圈匝数 Ａ环绕的横断面积，单位ｍ Ｌ盘绕长度，单位ｍ 通过以上公式知道，线圈的电感量与磁路铁 芯的磁导率成正比，改变磁导率就可以改变线圈 的电感量，从而改变感性无功功率的大小。 磁控电抗器的铁芯由大小面积不等的铁芯共 同叠加组成。在整个工作过程中，大面积铁芯始 终不饱和，只有小面积铁芯能够饱和。通过直流 电流（由中间抽头Ｋ１产生，Ｕ ｚ之间电压约１８０Ｖ 左右。）产生的磁通大小来控制截面积小的铁芯的 饱和度，进而控制电抗器的电感值，以此来改变 交流电路中的电抗。当通过的磁通不大时，电抗 器绕组内铁芯小截面段不饱和，磁力线顺利通过 整个铁芯；当磁通增人到某一个数值时，小截面 段开始饱和，阻止磁通继续增大，相当于起到一 个阀的作用。这种情况如图３所示，当Ａ－Ｘ之间 所加电压为正极性时，如果可控硅ＫＰＩ被触发导 通，下绕组内将产生直流电流，在它们的作用卜 使绕组内截面积小的铁芯磁通增加，进而产生饱 和，降低了总的电感量，从而达到控制电抗的作 用。反之亦然。实际１：作中，在外加交变电压的 作用下，使ＫＰ１、ＫＰ２轮流导通，形成了一个全波 整流电路。此时，改变ＫＰＩ、ＫＰ２导通角的人小， ・９。 港口科技・港口电气 就能调整通过电抗器直流部分电流的人小，从而 总电度电费×功率因数调整电费比例 改变电抗器铁芯的饱和程度，达到平滑调节功率 ＝２ ９ｌ０ ３３６×０．８４×１．ｉ％＝２６ ８９２（元） 因数的作用。 因投入补偿装置消耗的（取ｌＯｋＷ）电费： ５００ｋｖａｒ、ｌ ５００ ｋｖａｒ电容柜及１ ５００磁控 消耗的有功功率×每月补偿装置投入时间× 电抗器各设有单独的高压无功保护器作为过流及 电费＝ｉ０×２０×３０×０．８４＝５ ０４０（元） 过压保护，功率因数的给定及调节通过控制器完 补偿装置安装后，每月少支付力率电费为： 成，控制器同时还呵对负载无功经行检测和计算， ３６ ６７０＋２６ ８９２—５ ０４０＝５８ ５２２（元）。 根据计算结果对触发脉冲进行调相，从 改变电 没备总投资约６６万元，不到一年，就可收回 压，进而改变可控电抗器的电感值。 全部投资，补偿装置设备的生命周期一般在２Ｏ ４经济性分析： 年左右，经济效益十分显著。 对于６６ｋＶ变电所来讲，在正常生产作 ｌ 中， 由于港内负荷变化的不确定性，在作业量较 负荷的波动范围一般在２ Ｏ００ｋＷ￣３ ５００ｋＷ之间， 少的时候，＃３变电所的负荷并不是很大，需要补 以２０１ｉ年ｌ０月２３目为例，在补偿装置投入前， 偿的容 也不是很多。因此设定在＃３变电所无功 有功功率Ｐ＝３ ４５０ｋＷ，无功功率Ｑ＝２ ｉ７１ｋｖａｒ，功 功率小于４００ ｋｖａｒ时，不管＃３变电所的实际功 率因数ＣＯＳ中＝０．８５，投入后，Ｐ＝３ ５ ５０ｋＷ， 率因数是多少，都不予补偿。超过４００ ｋｖａｒ时开 Ｑ＝ｉ ２６８ｋｖａｒ，ＣＯＳ中＝０．９４，补偿效果十分明显。 始补偿，同时将功率因数补偿设定在０．９６，根据 补偿装置突入使用后的实际观察，需补偿的无功 ５结语 功率大多数在８００ ｌ５００（ｋｖａｒ）之间，平均每 由于将补偿装置分段控制，可以组合成多种 天的投入时间在１８￣２４ｈ，在补偿装置投入期间， 补偿方法，控制灵活。同时由于补偿装置的容性 根据实际测算，补偿装置本身的有功消耗小于 容量大于感性容量，通过合理的选择补偿方式， ｌＯｋＷ。以９月份生产用电为例：当月有功消耗电 使补偿装置本身的能耗降为最低，真正达到节能 量为２ ９ｉ０ ３３６ｋＷｈ、无功消耗电量为２ ００２ ７０４ 降耗的目的。 ｋｗｈ、功率因数为０．８２，需支付的力率电费为： 参考文献 总电度电费×功率因数调整电费比例 ［Ｉ］电气工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社． ＝２ ９１０ ３３６×０．８４×ｉ．５％＝３６ ６７０（元）。 ２００６（９）． 如果这时将补偿装置投入，功率因数补偿到 ［２］鞍山市恒力电气设备制造有限公司高压静止 ０．９５，９月份将因力率电费少支付为： 型动态无功补偿装置使用说明． ・ｌ０・
