CN102005750A - 一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，包括限流电抗器(1)、铁心(2)和设置在铁心(2)上的第一线圈(3)及第二线圈(4)；所述第一线圈(3)上串联有快速开关(5)，所述快速开关(5)和第一线圈(3)之间还串联有超导体(6)，组成第一支路；所述第一支路、限流电抗器(1)和第二线圈(4)三者相互并联。本发明体积小且响应速度快，使用较少的超导材料就能限制系统中的故障电流，具有超导材料失超恢复时间短和制冷成本低等优点。

Description

一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置
技术领域
本发明涉及的是一种超导故障限流装置，具体涉及的是一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，属于电力设计技术领域。
背景技术
近些年，随着超导技术的发展，特别是高温超导体和MgB2的发展，超导限流器的研究成为了热点。超导故障限流器应用于高压电网，集检测、触发和限流于一体，可有效限制短路故障后系统的短路电流。在电力系统正常工作时，超导故障限流器(SFCL)处于超导态，几乎不消耗能量，对系统无影响，一旦发生故障，超导故障限流器(SFCL)瞬间失超，产生一个很大的限流电阻来抑制短路故障电流，能够改善电力系统的动态稳定性。
应用在大容量电网的超导故障限流器需承受电力系统中的高电压和大电流。为了具有超导故障限流器相对于高压的承受能力，应当串联大量超导体；而要使其具有相对于大电流的承受能力，还应当并联大量超导体，但这不仅增加了故障限流器的体积和制作成本，且对制冷系统也提出了更高的要求，同时也容易引起超导材料局部失超，这会导致不稳定的可靠性。
超导材料响应时间快，能在故障电流的第一个半周波内由超导态转为正常态限流。这对承担换流任务的开关提出了更高的要求。目前输电系统中大量采用的机械式断路器不能灵活、连续和快速的动作；采用功率半导体器件作为主开关的固态断路器虽然具有开断时间短、无弧无光无声响等优点，但也存在造价昂贵、器件的通态损耗高、单管容量有限等缺点。
现有的超导故障限流器的超导材料失超恢复时间长，不利于系统的重合闸。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种体积小且响应速度快的具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，使用较少的超导材料就能限制系统中的故障电流，具有超导材料失超恢复时间短和制冷成本低等优点。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明包括限流电抗器、铁心和设置在铁心上的第一线圈及第二线圈；第一线圈上串联有快速开关，快速开关和第一线圈之间还串联有超导体，组成第一支路；第一支路、限流电抗器和第二线圈三者相互并联。并联有限流电抗器，能在故障时，与第二线圈共同进行限流，能通过调整限流电抗器的阻抗值灵活地将短路故障电流限制到指定水平。
上述快速开关包括串联到第一支路上的静触点和与其相适配的动触点。快速开关能在故障时，切断超导体所在第一支路，限流任务交由限流电抗器和第二线圈共同完成，避免了超导体长期承受短路电流造成的能量损耗。可以使用较少的超导材料，避免多个超导体串并联，缩减了超导体体积，有利于超导体的失超恢复，能更好的配合故障切除后系统的重合闸，同时降低了制冷成本。
上述动触点为圆形铜盘。
上述超导体为高温超导体。
上述高温超导体的形状为块状、薄膜型或者线型。
本发明的有益效果：(1)具有响应速度快、大电流限流能力强和安全性高等优点，能适用于最需要限制短路电流的大电网中；(2)并联有限流电抗器，能在故障时，与第二线圈共同进行限流，能通过调整限流电抗器的阻抗值灵活地将短路故障电流限制到指定水平；(3)基于超快速磁力的快速开关，能在故障时切断超导体所在第一支路，限流任务交由限流电抗器和第二线圈共同完成，避免了超导体长期承受短路电流造成的能量损耗，降低了对超导体耐压能力的需求；(4)可以使用较少的超导材料，避免多个超导体串并联，缩减了超导体体积，有利于超导体的失超恢复，能更好的配合故障切除后系统的重合闸，同时降低了制冷成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为电网正常电流流过时本发明的结构示意图；
图2为电网故障电流流过时本发明的结构示意图。
图3为快速开关的工作原理图(图中箭头方向为磁斥方向)。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1和图2，本发明包括限流电抗器1、铁心2和绕制在铁心2上的第一线圈3及第二线圈4。第一线圈3上串联有快速开关5，在第一线圈3和快速开关5之间还串联有超导体6组成第一支路，第一支路、第二线圈4和限流电抗器1三者相互并联后接于电网中。
其中，第一线圈3和第二线圈4均为普通导线绕成，其匝数与绕向可以根据限流要求来改变。
超导体6可选用置于冷却容器中的块状、薄膜型或者线型高温超导体。冷却容器可以是杜瓦；高温超导体所需的冷却环境可以用制冷液制冷的方式提供，也可用制冷机制冷的方式提供。
参见图3，快速开关5包括动触点52和串联到第一支路电力线上的静触点51，该动触点52能在与静触点51接触以允许电流在该电力线上流动的位置和通过来自铁心2的磁力从静触点51分离以便断开该电力线的位置之间切换；快速开关5的动触点52为圆形铜盘。
通过改变限流电抗器1的阻抗值可将电网短路电流限制到指定水平。
参见图1，正常运行时，本发明串接于电网中，快速开关5处于闭合状态。当电网中的额定电流流过本发明时，超导体6处于超导状态，第一支路两端的电压与第二线圈4两端的电压相等且值为零，铁心2中的磁通维持不变，限流电抗器1两端的电压也为零，从而整个装置串联在电网中，对外不呈阻抗，对系统无影响，。
参见图2和图3，当电网出现超过超导体6临界电流的短路电流时，超导体6失超呈现出高阻抗，超导体6两端的电压将不在为零，超导体6失超将破坏第一线圈3与第二线圈4两端的电压平衡，第一线圈3和第二线圈4两端的电压将不再相等，铁心2中的磁通将发生突变，穿过快速开关5的圆形铜盘的磁通也随之变化，为了阻止该磁通的变化，圆形铜盘中将感应出涡流，该涡流将会产生一个远离铁心2的磁力，从而将圆形铜盘与静触点51分离，使第一支路断开。此时短路电流将仅在第二线圈4和限流电抗器1中流过，通过改变限流电抗器1的阻抗值可以将短路电流限制到指定水平。
本发明的有益效果：(1)具有响应速度快、大电流限流能力强和安全性高等优点，能适用于最需要限制短路电流的大电网中；(2)并联有限流电抗器1，能在故障时，与第二线圈4共同进行限流，能通过调整限流电抗器1的阻抗值灵活地将短路故障电流限制到指定水平；(3)基于超快速磁力的快速开关5，能在故障时切断超导体6所在第一支路，限流任务交由限流电抗器1和第二线圈4共同完成，避免了超导体6长期承受短路电流造成的能量损耗，降低了对超导体6耐压能力的需求；(4)可以使用较少的超导材料，避免多个超导体6串并联，缩减了超导体6体积，有利于超导体6的失超恢复，能更好的配合故障切除后系统的重合闸，同时降低了制冷成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，其特征在于，包括限流电抗器(1)、铁心(2)和设置在铁心(2)上的第一线圈(3)及第二线圈(4)；所述第一线圈(3)上串联有快速开关(5)，所述快速开关(5)和第一线圈(3)之间还串联有超导体(6)，组成第一支路；所述第一支路、限流电抗器(1)和第二线圈(4)三者相互并联。
2.根据权利要求1所述的具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，其特征在于，所述快速开关(5)包括串联到第一支路上的静触点(51)和与其相适配的动触点(52)。
3.根据权利要求2所述的具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，其特征在于，所述动触点(52)为圆形铜盘。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，其特征在于，所述超导体(6)为高温超导体。
5.根据权利要求4所述的具有自保护功能的复合型超导故障限流装置，其特征在于，所述高温超导体的形状为块状、薄膜型或者线型。
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