摘要：本文主要从MCR本体结构、MCR设计计算、基本设计案例分析三个方面入手，对磁阀式的可控制电抗器具体设计方法，进行了深度地分析及研究，以能够更好地了解与掌握磁阀式的可控制电抗器具体设计方法，通过科学地、合理地磁阀式的可控制电抗器计算设计，确保磁阀式的可控制电抗器能够持续稳定定运行，全面提升磁阀式的可控制电抗器总体设计的专业化水平。
关键词：磁阀式；可控；电抗器；设计方法；分析；
前言：
磁控的电抗器（MCR），它的全程为磁阀式的可控制电抗器，属于一类容量可调控关联性的电抗器，在电力系统当中主要应用于无功补偿，以确保电力系统当中无功补偿能够调节所输出的实际无功，确保电力系统可持续稳定地运行。由于无功补偿在电力系统当中占据重要比重，故需相关技术人员更加重视磁阀式的可控制电抗器有效性设计，择取最为科学地、合理地设计方法，来进行磁阀式的可控制电抗器总体设计，确保磁阀式的可控制电抗器可辅助电力系统稳定地运行。
1.MCR本体结构
依据容量的大小及电压不同等级，MCR能够分成高压的大容量、高压的小容量、超高压的大容量这三种的结构形式。大容量的MCR，其小截面段的长度通常可与其绕组的高度处于相等状态。小容量的MCR，其结构最大特殊之处为铁心一部分的截面积相等较小，在总容量实际调节范围之内，小截面实际面积一段的铁心处于饱和状态，大截面段一直为不饱和状态。而通过对小截面积饱和度有效性控制，能够将输出的容量大小改变。MCR铁心的结构主要包含着四铁心柱与三铁心柱的结构。在一定程度上，二者在具体设计方法上相类似。本文主要是以四铁心柱、单项高压的效容量结构MCR为基本案例，对MCR主要设计方法展开轮式及分析。如图1所示，为四铁心柱的磁阀其电抗器结构设计示图。
图1 四铁心柱的小容量 MCR总体结构示图
2.MCR设计计算
2.1 铁心的参数计算
MCR铁心，其直径计算主要参照于变压器，铁心的直径D半径基本计算列式为：D=KD
。在该计算列式当中，KD表示为经验的系数，实际取值是51-55；Sz表示每一柱的容量，kV•A。；那么，经过D=KD
计算之后，即可将铁心实际级数及铁心的直径计算出来。该铁轭及旁轭实际截面积通常≥铁心柱截面积。针对于MCR，可有效地运用半经验列式计算出铁心有效的截面积，即为该铁心柱实际截面积，并非磁阀段小截面的面积。
2.2 绕组的结构选择及参数计算
高压的小容量磁阀的电抗器，通常可将其设计为自励磁的形式，它实际运行让绕组及控制绕组为组合性状态。如此，即可降低实际运行成本。如图1所示，为接线的基本原理。为确保不添加任何的控制直流，其小截面段能够处于临界的饱和性状态之中，该铁心磁密的大小计算列式为：Bm0=（A1/A0）*Bs。在该列式当中，A1表示第1级的磁阀所在截面段实际截面积，针对多级的磁阀，A1应当是最小的截面段实际截面积；A0表示铁心柱最有效的截面积；Bs表示铁心材料饱和性磁通的密度。塔每个匝线圈的电势ez列式即为：ez=4.44fBm0A0*10-4。每匝的电势确定之后，计算出单柱的铁心之上绕组实际匝数列式为：N=KmUN/ez。在该列式当中，Km是总电抗与主电抗之间比值，通常取值为0.6-0.9范围之内。在一定程度上，实际容量越小，其取值就相对越大。UN表示为工作的电压。计算的匝数需取整数。有效运用计算所得整数匝，反向地计算工作磁密Bm。绕组的导线通常会选择铜线，依据电流实际密度将导线的截面积确定好，列式为：Sj=I /J。在该列式当中，Sj表示导线的衔接面积；J表示的是电流的密度；I 表示的是流过电流。针对自饱和的电抗器，其绕组线圈当中所有流过电流数值应当是交流的有效数值与控制的直流总和。其最大的功率实际输出期间，容量平均地分配于铁心柱当中。故单铁心柱之上绕组所流过电流IA是额定电流的IN一半。最大的容量输出期间，控制的电流是IK。导线的截面积列式为：Sj=I /J≈IK+IN/2J。绕组结构形式，以饼式与层式这两种形式为主。不同通量及电压的等级，均可灵活地选取不同绕组的结构形式。常用铜导线包含着纸包扁线、纸包的圆导线、漆包的圆导线这三种形式。中圆线内部空间实际利用率相对较低，多数适用于导线实际截面相对较小的环境当中；扁导线，通常需尤为注意它的宽度与厚度比，过薄导线在压制期间极易出现歪斜情况，而较厚扁导线则会出现较低涡流的损耗。
图1 MCR接线的基本原理示图
2.3 窗高及绝缘的半径计算
电抗器窗高，通常是由端绝缘的厚度、压板的厚度、绕组的高度等之和。针对于35 kV以下范围中小型的电抗器，铁窗实际高度则等同于绕组的高加上其上与下部位绝缘端实际距离。绝缘实际半径的计算通常指该铁心的半径、其绕组内与外的半径、漏磁空道的平均半径、绕组的平均半径等辐向的尺寸计算。依据绝缘半径与相间的实际距离，即可得出这两个铁心柱实际中心距。
2.4 磁阀的长度计算
磁阀的长度计算列式为：lg=2πf（N/2）2U0A0/Kd/Xm。在该列式当中，lg表示磁阀段的长度；mm：f表示实际工作的频率；N表示单柱铁心之上绕组的匝数；Kd表示铁心的叠片系数；Xm表示单柱铁新的绕组主电抗，它的数值等于其漏电抗的Xδ与总电阻的XL实际差值，即为Xδ=（8π2fN2pLAQ/H）*10-7。在该列式当中，H表示的是绕组的高度、pL表示漏磁的等效面积；引入洛氏系数，主要是考虑到绕组外部的空间部分磁组，漏磁的等效面积计算列式为：pL=1-2（Rn-R0）πH。在该列式当中，R0表示铁心的半径、Rn表示绕组的外径。由该列式即可计算出洛氏的系数及漏振的等效面积，再利用lg=2πf（N/2）2U0A0/Kd/Xm与Xδ=（8π2fN2pLAQ/H）*10-7，将磁阀的长度计算出来。
3.基本设计案例分析
遵照上述设计方法，进行一台5400kva容量、380V电压单相干磁阀的电抗器设计。通过计算分析，得出该双级磁阀的电抗器各项参数；它绕组的电阻是0.0.8493Ω、磁阀总体长度是8mm、抽头比是0.04135、小截面段及中截面段的长度均为4mm，其最大的电抗值是26.7115Ω。采用Matlab予以验证分析，该双级磁阀的电抗器磁化的曲线设置成：0、0；0、1；1、2；1.5、3。合理调节晶闸管的触发角度，可设置成0°触发。如图2所示，为工作电流的波形图。在实际端电压是380V时，仿真得出工作的电流是14.20A，得出该电抗器实际电抗数值为26.76Ω，符合于计算所得电抗数值，
足以验证该设计方法精准性及可行性。
图2 触发角为0°时双级磁阀的电抗器工作电流实际波形示图
4.结语
综上所述，为了能够保证电力系统能够一直处于正常的运行状态之中，就需相关技术人员尤为注重磁阀式的可控制电抗器有效性设计，充分结合于以往的设计经验，总结分析磁阀式的可控制电抗器相关设计方法，以能够采取最佳的设计手段，来进行磁阀式的可控制电抗器有效性设计，以确保磁阀式的可控制电抗器能够为电力系统的可靠性运用提供保障，充分彰显出磁阀式的可控制电抗器真实价值。
参考文献：
[1]贺新营，李琳.磁阀式可控电抗器设计方法研究[J].智能电网，2016，14（05）：122-123.
[2]刘刚.磁阀式可控电抗器的研究及计算机辅助设计[D].山东大学，2016，20（09）：369-370.
论文作者:骆福权
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：铁心论文; 绕组论文; 截面论文; 电抗器论文; 导线论文; 半径论文; 容量论文; 《基层建设》2018年第24期论文;