CN102832606A - 一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构 - Google Patents

Abstract

一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，包括：铁心、交流绕组、直流超导励磁绕组和监控系统，还包括为交流绕组提供绝缘环境的油箱及为直流超导励磁绕组提供低温环境的杜瓦，所述的铁心和交流绕组一同放置在充满绝缘油的油箱内，直流侧的铁心柱穿过杜瓦；在杜瓦上留出一组接口，该组接口至少包括有超导绕组电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力计测量接口等；该杜瓦完全置于油箱内或外，或部分置于油箱内部分在油箱外。其可很好地解决高压饱和铁心型超导故障限流器铁心绕组部分的绝缘绝热设计问题。

Description

一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构

技术领域

本发明涉及一种饱和铁心型超导故障限流器的绝缘、绝热结构设计，主要应用于高压电网用单相或三相饱和铁心型超导故障限流器。

背景技术

故障限流器是用来限制电网上短路故障电流水平，保护电网安全的装置。随着高压电网的建设和分布式可再生能源发电接入电网，开发高电压等级的故障限流器具有重要意义。超导故障限流器在正常运行时可通过大电流而只呈现很小的阻抗甚至零阻抗，在短路故障时呈现大阻抗，是目前最为理想的一类故障限流器。尤其是饱和铁心型超导故障限流器，它充分利用超导线材的通流能力和铁磁质的磁化特性，设计原理可行，结构合理，能在高压下运行，限流效果非常明显，且具有响应时间快、可靠性高等优点，成为目前高压电网上限制短路故障电流最为可行的方案之一。

高压饱和铁心型超导故障限流器（单相或者三相）的结构主要包括电抗系统（铁心和绕组）、制冷系统、直流控制回路、监控系统。对于电抗系统的交流工作绕组和直流超导励磁绕组必须进行绝缘和绝热设计。一般来说，可以用充绝缘油的油箱为交流绕组提供高压绝缘环境，用装液氮的杜瓦为直流超导绕组提供低温绝热环境。结构上，为了使铁心励磁，直流侧铁心必须穿过直流超导绕组和杜瓦。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其可以解决限流器绝缘油箱和杜瓦的绝缘绝热结构的设计问题。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，包括：铁心、交流绕组、直流超导励磁绕组和监控系统，还包括为交流绕组提供绝缘环境的油箱及为直流超导励磁绕组提供低温环境的杜瓦，铁心和交流绕组一同放置在充满绝缘油的油箱内，直流侧的铁心柱穿过杜瓦。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，杜瓦完全置于油箱内或外，或部分置于油箱内部分在油箱外。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，在杜瓦上留出一组接口，该组接口至少包括有电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力测量接口，所有接口分区集中布置或均分布置，其中液氮补液口与排气口布置在不同区，电流引线接口与除液氮补液口与排气口之外的其他测量接口分开布置。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，杜瓦完全置于油箱内，分别在邻近杜瓦接口区域的油箱盖上开设与接口对应数量的孔，将杜瓦上的各接口经由油箱盖上开设的对应孔引出。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，在引出杜瓦接口处的油箱盖部分区域向下凹陷。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，杜瓦完全位于油箱外，油箱纵壁中部壁面一侧向内凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦外筒通过连接法兰与油箱壁连接而形成一个整体。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，杜瓦与油箱之间经由波纹管实现软连接。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，在油箱侧壁开窗口，使带有杜瓦接口的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱内，油箱内部空间为封闭。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，限流器结构为三相时，所述的油箱为一个大油箱，三相铁心、交流绕组及杜瓦都放置在油箱内。

所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中，限流器结构为三相时，每一相单独形成一个限流器结构，每项铁心和交流绕组置于单独的油箱内。

所述的油箱外壳使用金属或非金属材料。

本发明的优点是：

1）提供了高压饱和铁心型超导故障限流器油箱和杜瓦结构设计方案，很好的解决了高压饱和铁心型超导故障限流器铁心绕组部分的绝缘绝热设计问题；

2）限流器油箱外壳使用金属材料，制作工艺成熟，机械强度高；限流器不需要另外做保护外壳；接地方式简单；

3）杜瓦的所有接口引出油箱外，有利于杜瓦、直流超导绕组的检测、维护和向杜瓦补充液氮；

4）对于电抗系统单相松耦合铁心结构的进一步改进；可以大大缩小松耦合铁心结构直流绕组所包围铁心柱的直径，不仅解决了单相紧凑型铁心空间利用率低的问题，还可使直流侧的铁心柱与杜瓦内圆壁的间隙减小且均匀，利于整体设备体积的缩小，从而也可以减小对设备整体绝缘绝热的一些成本设计。

附图说明

图1为饱和铁心型超导故障限流器电抗系统结构示意图（铁心绕组为三相，不包括油箱和杜瓦结构）。

图2为本发明高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构第一实施例结构示意图（三相；整体式油箱，杜瓦完全位于油箱内）。

图3为本发明第二实施例结构示意图（单相，整体式油箱，杜瓦完全位于油箱内）。

图4为图3所示实施例的内部透视图。

图5为本发明第三实施例结构示意图（单相，杜瓦完全位于油箱外）。

图6为本发明第四实施例结构示意图（单相，杜瓦部分置于油箱内、部分在油箱外）。

图中标号如下：

1-铁心；2-交流绕组；3-杜瓦；4-油箱；5-杜瓦接口；6-绝缘油；7-绝缘子；8-储油柜；9-油箱盖；10-加强筋；11-油箱底；12-油箱壁上部；13-油箱壁中部；14-油箱壁下部；15-波纹管；16-连接法兰。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

本发明高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构的基础结构形式是：采用饱和铁心型超导故障限流器的电抗系统（铁心绕组部分），包括：铁心1、交流绕组2、直流超导励磁绕组和监控系统，还包括为交流绕组提供绝缘环境的油箱及为直流超导励磁绕组提供低温环境的杜瓦3，如图1所示（三相的情况）。为了实现限流器高压交流绕组和直流超导励磁绕组的绝缘、绝热要求，本发明将限流器的铁心和交流绕组一同放置在充满绝缘油的油箱内，将直流超导励磁绕组放在杜瓦内，令液氮浸没直流超导励磁绕组。电抗系统的铁心绕组耦合结构要求直流侧的铁心柱须穿过杜瓦。

本发明高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中的杜瓦完全置于油箱内或外，或部分置于油箱内、部分在油箱外。

为了保证油箱有较高的机械强度和可靠性，油箱优选采用金属外壳。在油箱箱体的侧壁上须设有若干交流绕组出线升高座、散热器通孔及其连接法兰。在油箱箱盖上须设有压力释放阀法兰和储油柜法兰，并开设温度计、油质监控装置的安装孔。

本发明高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构中的杜瓦上须留出超导绕组电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力计测量接口,其中，超导绕组电流引线出口、补液口和排气口为必设的接口。本发明一主要创新点在于：将这些接口分别集中布设在杜瓦上的两个区域中（布设在相距最远的两个区域中为佳）或均分布置，特别是液氮的补液口与排气口要分开布设，使它们位于不同的区域中或在均分布置时相距最远。补液口与排气口的分开布置可以避免液氮还没来得及进入液氮池就被抽走而带来的损失；大电流引线与其他测量控制引线也应分开布置（也就是说电流引线出口除液氮补液口与排气口之外的其他测量接口分开布置）而避免相互干扰。

本发明对油箱和杜瓦的整体结构主要有三种不同类型的设计:杜瓦完全位于油箱内、完全位于油箱外和部分在油箱内部分在油箱外。

当杜瓦完全置于油箱内时，直流超导绕组和杜瓦通过引线、管道与油箱外部的直流控制系统、制冷系统、监控系统连接。杜瓦的接口和油箱的结构需要特别设计。为了尽量减少将杜瓦管道引出油箱时对油箱结构的影响以及杜瓦接口之间的互相影响，将这些杜瓦上的接口集中设置在杜瓦上相距较远的两个区域（如图2所示，三相的情况）。在与这两个区域临近的油箱壁上开孔，将杜瓦接口引出油箱，另优选设计是可以在引出杜瓦接口的油箱盖部分区域向下凹陷。图3至图4示出了该种形式的结构设计。

图2所示的实施例中，将三相铁心1、交流绕组2和杜瓦3都放置在整体式的大油箱4中。油箱4可以使用金属材料制作。杜瓦3可以为环形结构。直流超导励磁绕组放置在杜瓦3内。在杜瓦表面相距较远的两个区域分别设置杜瓦接口5，包括有用作电流引线出口、补液口、排气口、液位计及压力计测量接口等。其中，补液口与排气口须位于不同区域避免液氮还没来得及进入液氮池就被抽走而带来的损失；电流引线（特别是大电流引线）与其他测量控制引线的出口也须布置在不同区域避免相互干扰。在满足以上限制要求的情况下，具体接口的布设位置可以有多种组合。油箱4的顶盖或侧壁上靠近杜瓦接口5的位置需要开孔将杜瓦接口5引出油箱，油箱4内部、杜瓦3外部用绝缘油6充满。

图3和图4所示的实施例中，将单相铁心1、交流绕组2和杜瓦3都放置在整体式油箱4中。油箱4可以使用金属材料制作。为了增加油箱壁的机械强度，可以在油箱壁的表面设置加强筋10。油箱4顶盖开孔将杜瓦接口5引出。利用杜瓦接口5设置电流引线出口、补液口、排气口、液位计及压力计测量接口，与油箱外部的直流控制系统、制冷系统、监控系统连接。在引出杜瓦接口处油箱盖向下凹陷，减小将杜瓦接口5引出油箱的管道的长度，从而减少为杜瓦补液时液氮流过绝缘油温区时造成的液氮损失。交流绕组的电流引线通过绝缘子7从油箱引出，与电力线路连接。在油箱4上方可以设置储油柜8用来储存备用绝缘油。

当设计杜瓦完全置于油箱外，可以是让油箱纵壁中部壁面一侧向内凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦通过连接法兰与油箱壁上部、油箱壁下部连接而形成一个整体；此结构下在杜瓦与油箱盖之间连接有波纹管。如图5所示，将单相铁心、交流绕组放置在整体式油箱中。杜瓦3外筒壁面上需要设置连接法兰。油箱壁中部13壁面一侧向内凹陷，在凹陷处以外放置杜瓦3，使得杜瓦3在油箱壁以外可以通过连接法兰与油箱壁上部12、油箱壁下部14连接。杜瓦与油箱形成一个整体，其内部空间由油箱盖9、油箱壁上部12、油箱壁中部13、油箱壁下部14、油箱底11、波纹管15、杜瓦3共同封闭而成。油箱可以使用金属材料制作。对于这种结构，杜瓦3以及杜瓦接口5都位于油箱外，方便杜瓦3和超导直流励磁绕组的检测和维护。杜瓦接口5分别作为电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力计测量接口，与限流器的直流控制系统、制冷系统、监控系统连接。交流绕组的电流引线通过油箱盖9上的绝缘子7从油箱引出，与电力线路连接。

当设计杜瓦部分在油箱内部分在油箱外时，可以是在油箱侧壁开窗口，使带有杜瓦接口的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱内，油箱内部空间为封闭。具体实施例可参见图6，将单相铁心1、交流绕组2都放置在整体式油箱4中。油箱4前后两侧壁面各留一个缺口，使杜瓦接口5和杜瓦3的部分筒壁探出油箱外以便于杜瓦3和超导直流励磁绕组的检测和维护，杜瓦3其余部分仍位于油箱内部。将油箱4侧壁的缺口与杜瓦表面焊接，封闭油箱的内部空间。油箱盖的设计可以与上述实施例中的油箱盖9（如图3所示）的设计相同，通过绝缘子将交流绕组的电流引线从油箱引出与电力线路连接。探出油箱4壁面的杜瓦接口5分为前后两组，分别用作电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力计测量接口等。其中，液氮补液口与排气口须位于不同区域避免液氮还没来得及进入液氮池就被抽走而带来的损失；大电流引线与其他测量控制引线须布置在不同区域避免相互干扰。在满足以上限制要求的情况下，具体接口的布设位置可以有多种组合。

限流器结构（铁心绕组）为三相时，可以为每一相铁心绕组单独设置一个油箱、一个杜瓦。当采用杜瓦完全置于油箱内的结构时，还可将三相铁心、交流绕组及杜瓦都放置在一个大油箱内。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，包括：铁心、交流绕组、直流超导励磁绕组和监控系统，还包括为交流绕组提供绝缘环境的油箱及为直流超导励磁绕组提供低温环境的杜瓦，其特征在于铁心和交流绕组一同放置在充满绝缘油的油箱内，直流侧的铁心柱穿过杜瓦。

2.根据权利要求1所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：杜瓦完全置于油箱内或外，或部分置于油箱内部分在油箱外。

3.根据权利要求1所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：在杜瓦上留出一组接口，该组接口至少包括有电流引线出口、液氮补液口、排气口、液位计及压力测量接口，所有接口分区集中布置或均分布置，其中液氮补液口与排气口布置在不同区，电流引线接口与除液氮补液口与排气口之外的其他测量接口分开布置。

4.根据权利要求2、3所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：杜瓦完全置于油箱内，分别在邻近杜瓦接口区域的油箱盖上开设与接口对应数量的孔，将杜瓦上的各接口经由油箱盖上开设的对应孔引出。

5.根据权利要求4所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：在引出杜瓦接口处的油箱盖部分区域向下凹陷。

6.根据权利要求2所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：杜瓦完全位于油箱外，油箱纵壁中部壁面一侧向内凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦外筒通过连接法兰与油箱壁连接而形成一个整体。

7.根据权利要求6所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：杜瓦与油箱之间经由波纹管实现软连接。

8.根据权利要求2所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：在油箱侧壁开窗口，使带有杜瓦接口的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱内，油箱内部空间为封闭。

9.根据权利要求4所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：限流器结构为三相时，所述的油箱为一个大油箱，三相铁心、交流绕组及杜瓦都放置在油箱内。

10.根据权利要求1所述的高压超导故障限流器整体式绝缘绝热结构，其特征在于：限流器结构为三相时，每一相单独形成一个限流器结构，每项铁心和交流绕组置于单独的油箱内。

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