CN102496444A - 高漏抗超导可控电抗器 - Google Patents

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Abstract

高漏抗超导可控电抗器，本发明将三个绕组绕于同一铁心（1）上，三个绕组的放置顺序由外到内依次为：一次铜制主线圈（2）、二次超导控制绕组b（4）、二次超导控制绕组a（3）；一次铜制主线圈（2）、二次超导控制绕组a（3）、二次超导控制绕组b（4）相互间独立。本发明具有感应电压较低，绕组消耗功率较小，线性度好，能够限制潜供电流的功能,并可以根据可控电抗器所需的容量调节来配置实际应用中的超导绕组数量的优点。

Description

高漏抗超导可控电抗器
技术领域
本发明属于超导技术应用领域中超导可控电抗器装置，特别涉及一种可控高温超导绕组，以提高对二次超导控制绕组短路与开路的有效控制，可通过对主磁通回路截面积的控制，进而实现对电抗值的调节。
背景技术
传统的无功功率补偿装置有同步调相机(SC)、并联电容器、静止无功发生器(SVG)和并联电抗器等。同步调相机由于同步调相机是旋转电机，因其损耗和噪音都较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，目前应用很少。并联电容器一般与电抗器或电阻器一起应用在电力系统中，作为某次谐波的无功补偿和滤波装置。静止无功发生器是一种现代电力电子无功补偿装置，它既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，但其只能补偿无功功率，功能较为单一。并联电抗器的结构十分复杂，价格要比同级功率的电力变压器高得多，且其容量不能做成连续可调，即不能对无功功率进行自动连续平滑调节。因此上述各种无功功率补偿装置都不能很好地满足特高压或超高压远距离输电网无功平衡的需要。超导可控电抗器在调节无功的同时，必然会影响其限制工频过电压、限制操作过电压、抑制潜供电流等功能。如，可控电抗器降低无功输出期间出现线路跳闸可能会增加工频过电压、潜供电流等，为保证电网、设备的安全，需要可控电抗器能够快速改变电抗：
（1）可控电抗器是一种特殊的特高压或超高压并联电抗器，它能够随着传输功的变化而自动平滑地调节本身的容量。但早期的可控电抗器因其调节速度慢、损耗较大及其他无功补偿装置的迅速发展等原因并没有受到人们的重视。新型可控电抗器可直接用于直到 1150kV 的任何电压等级的电网作为连续可调的无功补偿装置，因而可直接连接于特高压或超高压线路侧，同时发挥同步补偿机和并联电抗器的作用。可控电抗器在电力系统中，特别是特高压或超高压电力系统中的应用前景和潜力是十分广阔的。
（2）超导可控电抗器(Super-Conducting Type Controlled Reactor-SCTCR)是利用超导体的超导态(S)/正常态(N)转变特性。线路正常时，超导体处于超导态，具有零电阻和完全排磁通效应（迈斯纳效应），装置电抗很低；在发生短路故障时，它转为正常态，具有一定的电阻，失去完全排磁通效应，使装置电抗迅速增大以限制短路电流。
（3）超导可控电抗器同样也有饱和铁芯电抗器型、磁通锁型、变压器型、三相电抗器型、混合型、磁屏蔽感应型以及桥路型等结构形式。SCTCR集检测、转换和限流于一体，响应速度快，且具有自恢复功能，与其它装置相比具有无可比拟的优越性，是一种理想的限流装置，具有广阔的应用前景。 
发明内容
本发明提供一种高漏抗超导可控电抗器，目的在于克服现有电抗器无法有效调节电抗值，提高对电抗器的电抗值调节能力，有效改变电抗器并联接入线路的电抗值。 
本发明的技术方案如下：
高漏抗超导可控电抗器，本发明包括有铁心、一次铜制主线圈、二次超导控制绕组a、二次超导控制绕组b，其连接结构为：
三个绕组绕于同一铁心上，三个绕组的放置顺序由外到内依次为：一次铜制主线圈、二次超导控制绕组a和二次超导控制绕组b；
一次铜制主线圈、二次超导控制绕组a、二次超导控制绕组b相互独立；    
一次铜制主线圈并联接入线路之中，二次超导控制绕组a、二次超导控制绕组b均为由双向可控硅开关控制短路和开路的闭合绕组。
本发明所述的铁心材料为常规铁心材料；一次铜制主线圈的材料为铜制材料；二次超导控制绕组a、二次超导控制绕组b均为高温超导材料。
本发明二次超导控制绕组a、二次超导控制绕组b均为由双向可控硅开关控制短路和开路的闭合绕组。
本发明原理与普通电力变压器原理类似，通过双向可控硅开关将二次超导控制绕组短路，则二次超导控制绕组中的磁控被挤出，此时一次铜制主线圈中的磁通回路截面积减小，电抗相应减小。其相当于壳式铁心电抗器，其电抗值由一次铜制主线圈的磁通回路截面积、绕组高度及线圈匝数所确定。可以根据可控电抗器所需的容量调节范围，设计出多组短路的二次超导控制绕组。 
本发明的有益效果在于：高漏抗超导可控电抗器由于二次超导控制绕组采用高温超导材料，其感应的电压比较低，消耗在绕组上的功率比较小，可以有效减小电抗器的功耗。其结构与普通变压器相同，可以做到500kV和1000kV电压等级，工艺上不存在任何问题。本可控电抗器线性度好，适合做成高抗，与中性点小电抗配合，具有限制潜供电流的功能。可控电抗器由可控硅控制二次超导控制绕组a和二次超导控制绕组b的短路与开路，响应速度快，可以限制线路操作过电压。高漏抗超导可控电抗器工作时，将一次铜制主线圈并联接入线路，如果所有的二次超导控制绕组开路，则可控电抗器为一空载的变压器，一次铜制主线圈流过的电流很小。此时对应可控电抗器的容量最小。当可控硅开关将二次超导控制绕组短路时，二次超导控制绕组中的磁控被挤出，此时一次铜制主线圈中的磁通回路截面积亦减小。则电抗器电抗值相应减小，其电抗值由一次铜制主线圈磁通回路的截面积、绕组高度及线圈匝数所确定。可以根据可控电抗器所需的容量调节具体要求，来配置实际应用中的超导绕组数量。
附图说明
图1为高漏抗超导可控电抗器的电路原理示意图；
图2为短路二次超导控制绕组a（3）时，高漏抗超导可控电抗器磁通回路示意图；
图3为同时短路二次超导控制绕组a（3）和二次超导控制绕组b（4）时，高漏抗超导可控电抗器磁通回路示意图；
图4为高漏抗超导可控电抗器并联接入线路示意图。
具体实施方式
如图1，图2，图3，图4所示，本发明包括有铁心1、一次铜制主线圈2、二次超导控制绕组a3、二次超导控制绕组b4。
三个绕组绕于同一铁心1上，三个绕组的放置顺序由外到内依次为：一次铜制主线圈2、二次超导控制绕组b4和二次超导控制绕组a3；
一次铜制主线圈2、二次超导控制绕组a3、二次超导控制绕组b4相互独立；    
一次铜制主线圈2并联接入线路之中，二次超导控制绕组a3、二次超导控制绕组b4均为由双向可控硅开关控制短路和开路的闭合绕组。
本发明所述的铁心1材料为常规铁心材料；一次铜制主线圈2的材料为铜制材料；二次超导控制绕组a3、二次超导控制绕组b4均为高温超导材料。
本发明二次超导控制绕组a3、二次超导控制绕组b4均为由双向可控硅开关控制短路和开路的闭合绕组。
首先，当未调节电抗器电抗时一次铜制主线圈2并联接入线路，二次超导控制绕组a3和二次超导可控绕组b4均开路，此时可控电抗器为一空载的变压器。当需要调节电抗器电抗时，通过双向可控硅开关将二次超导控制绕组a3短路或者同时将二次超导控制绕组a3和二次超导可控绕组b4短路，则二次超导控制绕组a3中的磁控被挤出或者二次超导控制绕组a3和二次超导可控绕组b4中的磁控同时被挤出，减小了一次铜制主线圈2产生的的磁通回路截面积，其相当于壳式铁心电抗器，减小了电抗器的电抗值。具体过程如下：
高漏抗超导可控电抗器工作时，将一次铜制主线圈2并联接入线路，如果所有的二次超导控制绕组a3和二次超导控制绕组b4均开路，则可控电抗器为一空载的变压器，一次主线圈2流过的电流很小，约为数安培。此时对应可控电抗器的容量最小空载。
通过双向可控硅开关可与普通断路器并联配合使用，将二次超导控制绕组a3短路，则二次超导控制绕组a3中的磁控被挤出，形成如图2示的磁通回路，此时一次铜制主线圈2中的截面积如图2中 A1部分所示。此时电抗器相当于壳式铁心电抗器，其电抗值由一次铜制主线圈2磁通回路截面积A1、一次铜制主线圈2的高度及一次铜制主线圈2的匝数所确定。
通过双向可控硅开关可与普通断路器并联配合使用，将二次超导控制绕组a3和二次超导控制绕组b4同时短路，则二次超导控制绕组a3和二次超导控制绕组b4中的磁控同时被挤出，形成如图3示的磁通回路，此时一次铜制主线圈2中的磁通回路截面积如图3中A2部分所示。由于A2磁通回路截面积小于A1磁通回路截面积，故此时可控电抗器的电抗值小于将二次超导控制绕组a3短路时的电抗值。
高漏抗超导可控电抗器应用时其安装位置和普通电抗器安装位置相同，只是其电抗值的大小是可以有效调节的，其并联接入线路电路如图4示。应用该技术时可以根据可控电抗器所需的容量调节范围，设计出多组短路的二次超导控制绕组。比如，将可控电抗器设计成100%，75%，50%和30%四组容量可调的可控电抗器。此时需要设计四组二次超导控制线圈。

Claims (3)

1.高漏抗超导可控电抗器，其特征在于，包括有铁心（1）、一次铜制主线圈（2）、二次超导控制绕组a（3）和二次超导控制绕组b（4），其连接结构为：三个绕组绕于同一铁心（1）上，三个绕组的放置顺序由外到内依次为：一次铜制主线圈（2）、二次超导控制绕组b（4）、二次超导控制绕组a（3）；一次铜制主线圈（2）、二次超导控制绕组a（3）、二次超导控制绕组b（4）相互间独立。
2.如权利要求1所述的高漏抗超导可控电抗器，其特征在于，所述的铁心（1）材料为常规铁心材料；一次铜制主线圈（2）的材料为铜制材料；二次超导控制绕组a（3）、二次超导控制绕组b（4）均为高温超导材料。
3.如权利要求1所述的高漏抗超导可控电抗器，其特征在于，二次超导控制绕组a（3）、二次超导控制绕组b（4）均为由双向可控硅开关控制短路和开路的闭合绕组。
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