CN103354145A

CN103354145A - 超导故障限流器绕组分段式结构

Info

Publication number: CN103354145A
Application number: CN2013102440707A
Authority: CN
Inventors: 张敬因; 魏子镪; 陈志福
Original assignee: YUNDIAN YINGNA SUPERCONDUCTIVE CABLE CO Ltd BEIJING
Current assignee: YUNDIAN YINGNA SUPERCONDUCTIVE CABLE CO Ltd BEIJING
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2013-10-16

Abstract

本发明公开了一种超导故障限流器绕组分段式结构，其包括2～6个口字形铁心，每一个口字形铁心包括一中间铁心柱、一边柱、以及上、下轭铁，2～6个所述的中间铁心柱组合拼装为一组合中柱，并套装一直流励磁绕组，其特征在于：还包括一分段的交流工作绕组，所述分段的交流工作绕组分为至少两个分支单元，套设在边柱、上轭铁和下轭铁中的至少一个部件上。本发明与交流绕组不分段的情况相比，可以在保持系统限流态阻抗的同时降低稳态运行时的阻抗，提高限流态阻抗对稳态阻抗的比例，降低系统的损耗，提高限流器的性能。

Description

超导故障限流器绕组分段式结构

技术领域

本发明涉及一种铁心绕组结构设计，尤其适用于高压电网用单相或三相超导故障限流器等。

背景技术

超导故障限流器是一种限制电网短路电流水平的装置。近年来，高压电网母线短路电流水平不断攀升，甚至超过了断路器的遮断容量。发展高电压等级超导故障限流器可以有效提高电网的暂态稳定性，逐步解决电网短路电流过大的问题。超导故障限流器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，限流效果明显，且具有响应时间快、可靠性高等优点，是目前较为理想的一类故障限流器。

超导故障限流器（单相或者三相）的原理结构同饱和电抗器类似，主要由铁心和绕组构成，如图1所示,具体构成包括:交流工作绕组1、2；超导直流励磁绕组3；液氮容器4；铁心5；感应断路器6；短路环7；恒流直流电源8。超导故障限流器主要有两个工作状态，即稳态和限流态。超导故障限流器稳态运行时，其交流工作绕组通过额定电流，超导直流绕组的励磁使铁心进入深度饱和状态，超导故障限流器呈现低阻抗；当超导故障限流器在限流态时，其交流工作绕组通过较大的短路电流，恒流直流电源断开，铁心退出深度饱和，超导故障限流器呈现高阻抗。超导故障限流器的稳态阻抗越小，则稳态时其上的压降越小，损耗越小；在限流态时，超导故障限流器在的限流阻抗越大，限流效果越好。因此，超导故障限流器的限流阻抗与稳态阻抗的比值（下文称为阻抗比）是体现限流器性能、性价比的关键因素，阻抗比越高，说明为防范短路电流付出的代价越小，收益越大。提高超导故障限流器的阻抗比有利于提升其性能及其经济适用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导故障限流器绕组分段式结构，可以提高超导故障限流器限流态阻抗对稳态阻抗的比值。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种超导故障限流器绕组分段式结构，其包括2～6个口字形铁心，每一个口字形铁心包括一中间铁心柱、一边柱、以及上、下轭铁，2～6个所述的中间铁心柱组合拼装为一组合中柱，并套装一直流励磁绕组，在每一个口字形铁心中,还包括一分段的交流工作绕组，所述交流工作绕组分为至少两个分支单元，套设在边柱、上轭铁和下轭铁中的至少一个部件上。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述交流工作绕组的分支单元相互串联、或相互并联、或串并联并存。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述交流工作绕组的若干分支单元套设在同一个铁心柱上，该铁心柱选自边柱、或上轭铁、或下轭铁。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述交流工作绕组的若干分支单元所套设的位置是：边柱、上轭铁、下轭铁中的至少两个部件上，或边柱上、中、下部位中的至少两个部位。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述交流工作绕组分为至少三个分支单元，分别套设在边柱、上轭铁和下轭铁上。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，每个铁心上交流工作绕组的分支单元数及该分支单元中的分支交流工作绕组的匝数及其所套设的位置相互相同。

优选的较佳实施方式包括：所述分段的交流工作绕组分为两个分支单元分别套设在上轭铁、下轭铁上；或分为两个分支单元分别套设在边柱的上部位柱、下部位柱上；或分为两个分支单元分别套设在上轭铁及边柱的下部位柱上；或分为三个分支单元分别套设在边柱的上部位柱、中部位柱、下部位柱上；或分为三个分支单元分别套设在上轭铁及边柱的中部位柱、下部位柱上。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述分段的交流工作绕组分为至少两个分支单元，每个分支单元的绕组匝数相同或不同。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，对于含有2个铁心的单相结构，2个铁心上分段的交流工作绕组的分支单元数及该分支单元中的分支交流工作绕组的匝数及其所套设的位置相互相同。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，对于含有4或6个铁心的两或三相结构，各相中分段的交流工作绕组的分支单元数及该分支单元中的分支交流工作绕组的匝数及其所套设的位置相互相同。

在所述超导故障限流器绕组分段式结构中，所述的中间铁心柱的截面积大于边柱截面积。

本发明可以应用于单相或多相超导故障限流器的设计、制造。

本发明的优点是：可以降低超导故障限流器稳态运行时的阻抗；提高超导故障限流器的限流阻抗对稳态阻抗的比值；极大地改善限流器的性能。

附图说明

图1为传统超导故障限流器的铁心绕组单相结构示意图。

图2为本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构实施例1结构示意图(单相)。

图3为本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构实施例2结构示意图（单相）。

图4为本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构实施例3结构示意图（单相）。

图5为本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构实施例4结构示意图（单相）。

图6为本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构实施例5结构示意图（单相）。

图中:

1、2-交流工作绕组；

1a、1b、1c、2a、2b、2c-交流工作绕组分支单元；

3-超导直流励磁绕组； 4-液氮容器； 5-铁心；

6-感应断路器； 7-短路环； 8-恒流直流电源。

具体实施方式

参阅图2至图6所示，本发明提出的超导故障限流器绕组分段式结构在传统超导故障限流器结构的基础上，将交流工作绕组分割为位于同一个铁心上不同位置的几段，从而在保持限流阻抗基本不变的情况下，大幅降低限流器的稳态阻抗，提升限流器的阻抗比。

如图2至图6所示，本发明提出的超导故障限流器的交流绕组的所分割成的若干分支单元套设的位置可以包括：①边柱和上轭铁、下轭铁中的至少两个部件上；②单一的边柱上，且是在其上部位柱、中部位柱、下部位柱中的至少两个部位柱上。

图2至图6示出的是单相时的交流绕组分段式结构，当铁心绕组为三相时交流绕组分段式结构与此类似，即将三相中每一相的交流工作绕组都进行分段，各相中的交流工作绕组所分成的分支单元数及其套设在该相铁心的位置相互相同。相比交流工作绕组不分段的情况，本发明可以降低超导故障限流器的稳态阻抗，提高其阻抗比。

在系统结构允许的情况下，可以将每一相的交流工作绕组均分为两个、三个或更多个的交流工作绕组分支单元，以进一步降低超导故障限流器的稳态阻抗，提高阻抗比。

具体应用时，所述分段的交流工作绕组的分支单元的连接方式为串联、或并联、或串并联并存。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图2所示，本发明是将传统超导故障限流器单相结构（参见图1）中的交流工作绕组1分割为分别套设在铁心的上轭铁、下轭铁的两段交流工作绕组分支单元1a、1b，将交流工作绕组2分为两个交流工作绕组分支单元2a、2b分别套设在铁心的上轭铁、下轭铁上。稳态时，由于铁心深度饱和，铁心磁导率接近于空气磁导率，1a、1b之间的耦合程度低。虽然1a、1b的匝数之和等于1的匝数，但1a、1b的阻抗之和要小于交流工作绕组1的阻抗，即通过将交流工作绕组分段可以降低限流器的稳态阻抗。限流态时，铁心脱离深度饱和，1a、1b通过铁心5耦合，1a、1b产生的阻抗与交流工作绕组1产生的阻抗相当。因此，本发明提出的超导故障限流器的分段式铁心绕组结构在保持限流阻抗基本不变的同时降低了稳态阻抗，可以提供限流器的阻抗比。

实施例2

如图3所示，在本发明的提出的超导故障限流器的交流绕组分段式结构中，铁心绕组包含两个口字形铁心5，一个超导直流励磁绕组3和四个分支交流工作绕组1a、1b、2a、2b。每一个铁心上的交流工作绕组分为匝数相同的两段，分别套在边柱的上部位柱、下部位柱处。稳态运行时，超导直流励磁绕组3使铁心5深度饱和，忽略1a、1b的互感，可将其近似看作独立的空心绕组。此时1a、1b的阻抗之和小于将1a、1b合为一个交流绕组时的阻抗。

实施例3

如图4所示，将每一个铁心上的交流工作绕组分为匝数相同的两个交流工作绕组分支单元（一边是1a、1b；另一边是2a、2b），分别套设在上轭铁和边柱下部位柱上。尽量增大两个交流工作绕组分支单元（1a和1b；2a和2b）之间的距离有利于减小它们的互感，降低稳态阻抗。

实施例4

如图5所示，将每一个铁心上的交流工作绕组分为三个交流工作绕组分支单元分别套设在边柱上。稳态运行时，忽略分支交流工作绕组1a、1b、1c之间的互感，此时1a、1b、1c的阻抗之和小于将1a、1b、1c合为一个绕组时的阻抗。

实施例5

如图6所示，将每一个铁心上的交流工作绕组分为三个交流工作绕组分支单元分别套设在上轭铁和边柱上，其中，一个分支单元（1a或2a）套在上轭铁上，两个分支单元（1b和1c、2b和2c）分别套在边柱的中部位柱、下部位柱上。相比实施例4可以增大三个交流工作绕组分支单元（1a、1b、1c或2a、2b、2c）之间的相对距离，减小它们的互感，降低稳态阻抗。

上述所举的五个实施例仅以单相中的几种结构形式举例（多相中的各相结构应与其类同），仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，对于其他的情况不再一一列举，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims

1.一种超导故障限流器绕组分段式结构，其包括2～6个口字形铁心，每一个口字形铁心包括一中间铁心柱、一边柱、以及上、下轭铁，2～6个所述的中间铁心柱组合拼装为一组合中柱，并套装一直流励磁绕组，其特征在于：在每一个口字形铁心中,还包括一分段的交流工作绕组，所述交流工作绕组分为至少两个分支单元，套设在边柱、上轭铁和下轭铁中的至少一个部件上。

2.根据权利要求1所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于：所述交流工作绕组的分支单元相互串联、或相互并联、或串并联并存。

3.根据权利要求1或2所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于所述交流工作绕组的若干分支单元套设在同一个铁心柱上，该铁心柱选自边柱、或上轭铁、或下轭铁。

4.根据权利要求1或2所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于所述交流工作绕组的若干分支单元所套设的位置是：边柱、上轭铁、下轭铁中的至少两个部件上，或边柱上、中、下部位中的至少两个部位。

5.根据权利要求1或2所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于所述交流工作绕组分为至少三个分支单元，分别套设在边柱、上轭铁和下轭铁上。

6.根据权利要求1所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于：所述的交流工作绕组分为至少两个分支单元，每个分支单元的绕组匝数相同或不同。

7.根据权利要求1或3所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于：每个铁心上交流工作绕组的分支单元数及该分支单元中的分支交流工作绕组的匝数及其所套设的位置相互相同。

8.根据权利要求1所述的超导故障限流器绕组分段式结构，其特征在于：所述的中间铁心柱的截面积大于边柱截面积。