CN100385762C - 复合高温超导电力故障电流限流器 - Google Patents

复合高温超导电力故障电流限流器 Download PDF

Info

Publication number
CN100385762C
CN100385762C CNB2005100222296A CN200510022229A CN100385762C CN 100385762 C CN100385762 C CN 100385762C CN B2005100222296 A CNB2005100222296 A CN B2005100222296A CN 200510022229 A CN200510022229 A CN 200510022229A CN 100385762 C CN100385762 C CN 100385762C
Authority
CN
China
Prior art keywords
high temperature
fault current
current limiter
temperature superconductive
power fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005100222296A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1790853A (zh
Inventor
金建勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CNB2005100222296A priority Critical patent/CN100385762C/zh
Publication of CN1790853A publication Critical patent/CN1790853A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100385762C publication Critical patent/CN100385762C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

复合高温超导电力故障电流限流器，属于电力设备技术领域，涉及大容量电网中限制短路故障电流的保护装置。由磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1和电阻式高温超导电力故障电流限流器2相串联构成；二者可以分别并联一个开关，以便于使用过程中分别二者进行在线维护；磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1为两个串接的铁芯电抗器，其次级绕组采用高温超导线圈作为直流偏置线圈；电阻式高温超导电力故障电流限流器2为一个具有相对较高基体电阻的高温超导元件。该限流器具有响应速度快、大电流限流能力强、体积更小、实用性更高、采用双重限流保护，安全性更高等优点，完全满足大容量电力传输及分配网中限制电力系统短路故障电流的实际要求。

Description

复合高温超导电力故障电流限流器
技术领域
复合高温超导电力故障电流限流器，属于电力设备技术领域，特别涉及一种用于大容量电力传输及分配网中限制电力系统短路故障电流的保护装置。
背景技术
目前最常用的电力故障电流限流装置是由空心电感制成的限流电抗器。但是由于这种电抗器的电感值是固定的，因此不能适应电力系统运行条件变化的要求，无法克服增大限制故障电流能力与减小电力系统正常运行时的电压损失之间的矛盾，因而它的有效使用受到限制。
高温超导材料出现后，一系列利用高温超导特性设计的不同类型的高温超导电力故障电流限流器相继问世。高温超导体具有本征限流特性，即超导态的零点阻和失超后进入正常态出现的电阻，因此，超导体本身就是一个限流器，但在实际应用时，却不能简单达到电力系统限流应用的要求。
利用饱和电抗器设计制作的电抗型限流器，由于其工作特征，无法在技术上利用传统导体技术实现。利用原有的低温超导体，技术上可以实现，但运行成本太高，实际运行中又出现解决不了的经济效益问题。由于高温超导导线的成功研制，它已可用来制成高安-匝线圈。随着临界电流等应用属性的提高，用高温超导线圈来制备饱和电抗型故障限流器已具有可行性。
利用高温超导体本征限流特性的电阻式限流器响应速度快，但大电流限流能力弱；磁饱和式限流器的响应速度慢，但对大电流限流能力强且安全性高。所以，单独使用其中一种限流器无法满足大容量电力传输及分配网中限制电力系统短路故障电流的实际要求。
发明内容
本发明提供一种复合高温超导电力故障电流限流器，该限流器兼有电阻式高温超导电力故障电流限流器和磁饱和式高温超导电力故障电流限流器的优点，即具有响应速度快、大电流限流能力强和安全性高的特点；同时，该限流器避免了电阻式高温超导电力故障电流限流器大电流限流能力弱的缺点和磁饱和式高温超导电力故障电流限流器响应速度慢的缺点，完全满足大容量电力传输及分配网中限制电力系统短路故障电流的实际要求。
本发明的基本思路是将电阻式和磁饱和式两种高温超导电力故障电流限流器进行串联复合，从而构成一种复合高温超导电力故障电流限流器。这种复合高温超导电力故障电流限流器解决了上述两种高温超导电力故障限流器单独使用时的响应速度和大电流限流能力的问题，且能大大提高安全性，从而可实现高温超导电力故障电流限流器的实际应用。
本发明技术方案如下：
一种复合高温超导电力故障电流限流器，包括磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1和电阻式高温超导电力故障电流限流器2，其特征是，磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1和电阻式高温超导电力故障电流限流器2相串联。
所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1和电阻式高温超导电力故障电流限流器2可以分别并联一个开关，以便于复合高温超导电力故障电流限流器在使用过程中分别对磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1或电阻式高温超导电力故障电流限流器2进行在线维护。
所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1由两个铁芯电抗器(3、4)串联而成，如图2所示，每个铁芯电抗器由闭合磁芯、初级绕组和次级绕组组成；每个闭合磁芯由两个C形磁芯(如图3所示)或是两个L形磁芯(如图4所示)连接在一起构成；初级绕组为普通导线绕成的线圈；次级绕组是由高温超导导线绕制的线圈，并置于冷却容器中；两个铁芯电抗器(3、4)的初级绕组的绕线方向相反，其次级绕组的绕线方向一致，或者是，两个铁芯电抗器(3、4)的初级绕组的绕线方向一致，其次级绕组的绕线方向相反。
所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1的磁芯上增加有一个监控线圈，以感应初级绕组中通过的工作电流来随时掌握磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1的工作状态。
所述次级绕组的线圈结构可以是复合饼式线圈或螺线管式线圈，分别如图7和图8所示。
所述电阻式高温超导电力故障电流限流器2为一个具有高基体电阻的高温超导元件，并置于冷却容器中，如图5所示，包括高阻值基体6和高温超导体5。所述高温超导体5可以是条块状、薄膜状、线状等高温超导体。所述高阻值基体6可以是具有高电阻率的金属基体。使用时，电阻式高温超导电力故障电流限流器2的两端与电力线7相连。
上述冷却容器可以是杜瓦瓶；高温超导体所需的冷却工作环境可以用制冷液制冷的方式提供，也可以用制冷机制冷的方式提供。
本发明的有益效果：1、复合高温超导电力故障电流限流器响应速度快、大电流限流能力强和安全性高，避免了电阻式电力故障电流限流器大电流限流能力弱的缺点和磁饱和式电力故障电流限流器响应速度慢的缺点；2、采用高温超导技术，大大降低了偏置电源电压和容量，能提供更高的电流密度，完全满足大容量电力传输及分配网中限制电力系统短路故障电流的实际要求；3、采用高温超导技术，大大缩小了限流器的体积，大大提高了电力故障限流器的实用性；4、采用双重限流保护，使得电网的安全保险系数得到更大的提高；5、通过在限流器上并联的两个开关，解决了实际高温超导限流器电网在线的维护问题；6、避免了故障电流过大，电阻式限流器不能恢复而被烧毁的危险。
附图说明
图1复合高温超导电力故障电流限流器的总体电路结构示意图，其中，1为磁饱和式高温超导电力故障电流限流器，2为电阻式高温超导电力故障电流限流器。
图2磁饱和式高温超导电力故障电流限流器的结构示意图，3，4为两个串联的铁芯电抗器。
图3由两个C型铁芯构成的闭合铁芯示意图。
图4由两个L型铁芯构成的闭合铁芯示意图。
图5电阻式高温超导电力故障电流限流器的结构示意图，其中，5为高温超导体，6为高阻值基体，7为电力线。
图6电阻式高温超导电力故障电流限流器的等效电路示意图。
图7复合饼式线圈示意图。
图8螺线管式线圈示意图。
具体实施方式
所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1实际为一种利用高温超导直流偏置线圈构成的饱和电抗器。如图1所示，工作时，在次级绕组上施加支流偏执电压；将初级绕组连接在输电线路中。此时，两个次级绕组实际上成为超导直流偏置线圈，以其足够的直流安匝值产生一个直流磁化场，使铁芯处于深度饱和状态。当额定交流电流通过串连在输电线路中初级绕组时，由于铁芯处于磁饱和状态，此时初级绕组在电网中处于低感抗状态；而当电力系统中出现短路故障时，瞬间增大的电流使初级绕组产生的磁动势在限流器的一组铁芯中，增加至完全抵消导直流偏置线圈(次级绕组)产生的磁动势，于是铁芯由饱和状态进入正常态，初级绕组瞬时产生高感抗，从而自动限制了电网中短路电流的增加。选用两组铁芯，且两个绕组极性方向相反，的目是为了限制分别在正半周和负半周出现的短路电流。
这种限流器是由饱和电抗器和高温超导技术结合而成的，它实际上是由两个铁芯电抗起串联而成，每个铁芯上的次级绕组是由高温超导材料绕制成的直流偏置绕组，它们被置放于冷却容器中。直流偏置绕组，以其足够的直流安匝值使电抗器铁芯充分饱和，以保证限流器的交流绕组上通过电网正常工作额定电流时，能提供饱和的低阻抗；反之，当有大的故障短路电流通过限流器时，会导致两个铁芯在不同电源半周交替去饱和。电抗器退出饱和时，自动呈现高感抗，能有效地限制短路电流。次级绕组采用高温超导材料，使得直流偏置线圈无电阻能量损耗，能提供更高的电流密度，从而大为降低的偏置电源电压和容量，并大大缩小次级绕组的体积，最终实现饱和电抗器的实用性。
所述电阻式高温超导电力故障电流限流器2工作时，串接于电网中。其等效电路如图6所示，高温超导体5可视为可变电阻R1，而高阻值基体可视为固定电阻R2，R1和R2并联后串接于电网中。当电网中的额定电流通过电阻式高温超导电力故障电流限流器时，由于额定电流小于高温超导体5的临界电流，高温超导体5呈现超导态(此时R1＝0)，电流从高温超导体5中通过；当电网中出现超过高温超导体5的临界电流的短路电流时，高温超导体5失超并呈现高电阻状态(此时R1急剧增加)，短路电流转向从高阻值基体6(R2)上通过，由于高阻值基体6自身电阻较电力线的电阻大得多，从而使得电网中的短路电流被限制。如果断路故障电流仍然不能被有效限制，且继续增加时，若果超过了电阻式高温超导电力故障电流限流器的限流能力时，则电阻式高温超导电力故障电流限流器有可能被烧熔而形成断路。
复合高温超导电力故障限流器工作时，若果电网中出现短路故障电流，首先电阻式高温超导电力故障电流限流器2自动启动，故障电流被限制；如果故障电流仍然不能被有效限制，且电流继续增加，此时磁饱和式高温超导电力故障电流限流器1自动起动继续限流，并对电阻式高温超导电力故障电流限流器2形成保护避免烧毁的发生。复合高温超导故障限流器的维护，可通过并接在故障限流器上的开关，分别对磁饱和式高温超导电力故障电流限流器或电阻式高温超导电力故障电流限流器进行在线维护。

Claims (9)

1.一种复合高温超导电力故障电流限流器，包括磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)和电阻式高温超导电力故障电流限流器(2)，其特征是，磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)和电阻式高温超导电力故障电流限流器(2)相串联。
2.根据权利要求1所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)和电阻式高温超导电力故障电流限流器(2)分别并联一个开关，以便于复合高温超导电力故障电流限流器在使用过程中分别对磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)或电阻式高温超导电力故障电流限流器(2)进行在线维护。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)由两个铁芯电抗器(3、4)串联而成，每个铁芯电抗器由闭合磁芯、初级绕组和次级绕组组成；每个闭合磁芯由两个C形磁芯或是两个L形磁芯连接在一起构成；初级绕组为普通导线绕成的线圈；次级绕组是由高温超导导线绕制的线圈，并置于冷却容器中；两个铁芯电抗器(3、4)的初级绕组的绕线方向一致，其次级绕组的绕线方向相反，或者是，两个铁芯电抗器(3、4)的初级绕组的绕线方向相反，其次级绕组的绕线方向一致。
4.根据权利要求3所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)的磁芯上有一个监控线圈，以感应初级绕组中通过的工作电流来随时掌握磁饱和式高温超导电力故障电流限流器(1)的工作状态。
5.根据权利要求3所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述次级绕组的线圈结构是复合饼式线圈或螺线管式线圈。
6.根据权利要求1或2所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述电阻式高温超导电力故障电流限流器(2)为一个具有高基体电阻的高温超导元件，并置于冷却容器中，包括高阻值基体(6)和高温超导体(5)。
7.根据权利要求6所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述高温超导体(5)是条块状、薄膜状、线状高温超导体。
8.根据权利要求6所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述高阻值基体(6)是具有高电阻率的金属基体。
9.根据权利要求6所述的一种复合高温超导电力故障电流限流器，其特征是，所述冷却容器是杜瓦瓶；所述高温超导体所需的冷却工作环境用制冷液制冷的方式提供，或用制冷机制冷的方式提供。
CNB2005100222296A 2005-12-06 2005-12-06 复合高温超导电力故障电流限流器 Expired - Fee Related CN100385762C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100222296A CN100385762C (zh) 2005-12-06 2005-12-06 复合高温超导电力故障电流限流器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100222296A CN100385762C (zh) 2005-12-06 2005-12-06 复合高温超导电力故障电流限流器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1790853A CN1790853A (zh) 2006-06-21
CN100385762C true CN100385762C (zh) 2008-04-30

Family

ID=36788440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100222296A Expired - Fee Related CN100385762C (zh) 2005-12-06 2005-12-06 复合高温超导电力故障电流限流器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100385762C (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101741074B (zh) * 2008-11-12 2012-11-14 苏俊连 船电故障电流限制装置
CN101521374B (zh) * 2008-11-18 2011-01-12 李晓明 一种磁饱和电抗器短路电流限制装置
ES2444789T3 (es) * 2010-07-02 2014-02-26 Bruker Hts Gmbh Método de acondicionamiento de corriente, en particular en un limitador de corriente de falla
CN102684466A (zh) * 2011-11-29 2012-09-19 北京科诺伟业科技有限公司 一种驱动器低电压穿越的母线电压装置
CN102684308B (zh) * 2012-05-18 2014-12-24 上海交通大学 基于超导状态信息的配电网自愈系统及其方法
CN103337850B (zh) * 2013-05-24 2016-05-04 西安交通大学 一种具有宽电流范围的高压直流气体断路器
CN103368156A (zh) * 2013-08-05 2013-10-23 北京云电英纳超导电缆有限公司 模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法
CN103633632B (zh) * 2013-11-16 2016-10-19 中国科学院电工研究所 一种饱和桥式短路故障限流器
CN106385018B (zh) * 2016-10-27 2019-04-23 华中科技大学 一种短路故障限流器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3925707A (en) * 1973-10-17 1975-12-09 Westinghouse Electric Corp High voltage current limiting circuit breaker utilizing a super conductive resistance element
CN1635642A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 北京云电英纳超导电缆有限公司 可控电阻型超导故障限流器
CN1635641A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 北京云电英纳超导电缆有限公司 超导饱和铁心故障限流器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3925707A (en) * 1973-10-17 1975-12-09 Westinghouse Electric Corp High voltage current limiting circuit breaker utilizing a super conductive resistance element
CN1635642A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 北京云电英纳超导电缆有限公司 可控电阻型超导故障限流器
CN1635641A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 北京云电英纳超导电缆有限公司 超导饱和铁心故障限流器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
超导故障限流器的电力应用研究进展. 叶林，林良真.电力系统自动化，第23卷第7期. 1999
超导故障限流器的电力应用研究进展. 叶林，林良真.电力系统自动化，第23卷第7期. 1999 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1790853A (zh) 2006-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100385762C (zh) 复合高温超导电力故障电流限流器
Xin et al. Development of saturated iron core HTS fault current limiters
CN102684179B (zh) 一种混合型短路故障限流器
CN202424148U (zh) 基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器
WO2014108010A1 (zh) 一种基于组合式快速合闸开关的故障电流限制器
US20120154966A1 (en) Fault current limiters (fcl) with the cores saturated by non-superconducting coils
CN103997026B (zh) 电网短路故障限流用瞬变型电阻抗器
CN102064542B (zh) 一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器
CN101710698A (zh) 永磁式交流电抗器型限流器
CN110071492A (zh) 一种桥型耦合超导直流限流器及方法
Tixador et al. Hybrid superconducting AC fault current limiter principle and previous studies
CN104836216A (zh) 一种饱和铁芯型故障限流器
Aly et al. Comparison between resistive and inductive superconducting fault current limiters for fault current limiting
CN202930433U (zh) 双面ybco薄膜结构的超导限流器单元模块
CA2743463A1 (en) Fault current superconductive limiter
CN202840498U (zh) 新型磁屏蔽空心变压器耦合桥式固态限流器
CN102956809B (zh) 双面ybco薄膜结构的超导限流器单元模块
Sharma et al. Basic concepts of superconducting fault current limiter
CN103887782A (zh) 一种混合型磁通耦合超导故障限流器及限流方法
CN100495854C (zh) 一种短路故障限流器
CN201556934U (zh) 永磁式交流电抗器型限流器
CN203932992U (zh) 一种混合型磁通耦合超导故障限流器
Niu et al. Structure and performance characteristics of saturated iron-core superconducting fault current limiter
CN100359776C (zh) 带短路环的超导故障限流器
Janowski et al. Superconducting winding for inductive type SFCL made of HTS tape with increased resistivity

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080430

Termination date: 20101206