CN104425118A - 一种超导可控电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导可控电抗器，超导控制线圈、工作线圈、低温杜瓦和磁屏蔽铁芯均为空心圆筒状；高导磁铁芯由圆柱状的上、下导磁铁芯构成，分别固定在低温杜瓦的上、下盖板上；两块铁芯之间通过环氧树脂材料进行填充和支撑；环氧树脂的填充高度为工作线圈高度的1/2到1/3之间；各超导控制线圈位于低温杜瓦内，且从里到外同轴或近似于同轴布置；工作线圈套在低温杜瓦外，且均位于磁屏蔽铁芯内。高导磁铁芯优选由铁粉芯或磁粉芯制成。本发明可以减少超导线材的用量以及降低低温杜瓦制作的技术复杂度，并且还可以有效的降低高导磁铁芯的涡流损耗给低温系统所带来的附加热负荷，从而降低制冷费用及增加低温系统的安全稳定性。

Description

一种超导可控电抗器
技术领域
一种新型超导可控电抗器，属于电网无功控制调节装置，特别涉及一种通过调节自身电感值来实现大容量、多工作档位补偿电网无功功率的器件。
背景技术
国家电网公司在“十二五”规划中提出，建设坚强智能电网是国家电网在今后一段时间内电力建设的发展方向。建设坚强智能电网对电网的安全、稳定运行提出了更高的要求。而无功补偿则可以提高电网的稳定性，增加输电能力，抑制系统过电压。目前，在电网中应用最广泛的无功补偿装置之一是可控电抗器。可控电抗器是一种特殊的无功补偿装置。通过对可控电抗器的电抗进行调节来实现对传输线路负荷的电抗调节，实现传输线路的无功调节，这样就可以降低传输线路的损耗，同时提高传输的有功容量。
传统意义上的可控电抗器都是用常导材料制成的，目前国内外传统意义上的可控电抗器发展比较成熟，在电力系统中应用比较广泛的可控电抗器主要包括调磁路式可控电抗器和TCR型可控电抗器。调磁路式可控电抗器和TCR型可控电抗器因具有谐波含量大、需要增加滤波装置以及损耗大等问题，面临着巨大的挑战。因此，在电气结构方面的创新和电气材料方面的创新是可控电抗器的重要发展方向之一。
新型超导可控电抗器是可控电抗器的一个最新发展方向。新型超导可控电抗器是超导电抗器的一种。超导可控电抗器是基于超导材料的超导电特性制成的，在低温下运行的超导可控电抗器和传统意义上的可控电抗器相比，具有体积小、重量轻、效率高、阻燃、谐波小等优点，大大降低了装置的成本和空间，提高了系统的稳定性。
在超导电力装置的制造费用中，超导带材的购置成本以及低温杜瓦的制造成本占据着总费用非常大的比重。对于一般的含铁芯的超导可控电抗器，低温杜瓦一般是采用环形结构并套在铁芯的外面，这种结构的低温杜瓦会增加低温杜瓦的制造技术难度和成本，同时，这种结构的超导可控电抗器的超导线圈的用线量较大，导致整体制作成本较高，经济性较差。
发明内容
本发明提供一种超导可控电抗器，目的在于减少超导可控电抗器的超导线材的用量以及降低低温杜瓦制作的技术复杂度，节约超导带材的使用成本和低温杜瓦的制造成本，从而降低整个装置的制造成本。
本发明提供的一种超导可控电抗器，其特征在于，它包括高导磁铁芯、工作线圈、低温杜瓦、磁屏蔽铁芯和至少一个超导控制线圈；
超导控制线圈、工作线圈、低温杜瓦和磁屏蔽铁芯均为空心圆筒状；
高导磁铁芯由圆柱状的上、下导磁铁芯构成，分别固定在低温杜瓦的上、下盖板上；上、下两块铁芯之间通过环氧树脂材料进行填充和支撑；其中，环氧树脂的填充高度介于工作线圈高度的二分之一到三分之一之间；
各超导控制线圈位于低温杜瓦内，且从里到外同轴或近似于同轴布置；
工作线圈套在低温杜瓦外，且均位于磁屏蔽铁芯内。
作为上述技术方案的改进，所述高导磁铁芯由铁粉芯或磁粉芯制成。
优化超导电力装置的结构设计，以降低超导带材的实际用量以及减小低温杜瓦的制造费用，从而降低整个超导电力设备的投资费用，具有重要的实际意义。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)高导磁铁芯可以采用铁粉芯或磁粉芯制作，可以降低低温制冷费用。由于铁粉芯或磁粉芯具有磁导率高、几乎没有涡流损耗的优点，这就不会给低温系统增加额外热负荷，从而降低制冷费用。
(2)本发明的超导可控电抗器跟空心超导可控电抗器相比，具有更小的超导线的用量，从而有更小的超导线的购买成本。
本发明的超导可控电抗器由于在所有的超导控制绕组均开路的时候，磁力线从高导磁铁芯中经过，跟空心超导可控电抗器相比较，在给定的窗高和电抗调节值的情况下，本发明的超导可控电抗器的工作线圈的内半径要小，使得超导控制线圈的超导线的总用线量要小，从而节省了超导带材的成本。
(3)低温杜瓦为采用非导磁材料制作而成的普通圆形结构的杜瓦，与环形结构的杜瓦相比，减少了低温制冷费用。
由于高导磁铁芯布置在低温杜瓦里面，浸泡在液氮中，而不是直接跟磁屏蔽铁芯连接在一起。因此，用于给超导线圈提供低温环境的杜瓦就可以采用普通的圆形结构杜瓦。而在实际工程中，往往是把高导磁铁芯跟磁屏蔽铁芯连接这一起，这样就需要使用环形结构的杜瓦。而采用环形结构的杜瓦将会大大增加低温杜瓦的制作工艺难度以及低温杜瓦的制作成本。
(4)低温杜瓦采用普通的圆形结构，跟环形结构的杜瓦相比，少了一个杜瓦外壁，从而降低了低温杜瓦的漏热，增加了低温系统的稳定性，减少了低温制冷费用。
(5)高导磁铁芯浸泡在液氮中，几乎没有涡流损耗。这样可以有效的降低高导磁铁芯的涡流损耗给低温系统所带来的附加热负荷，提高低温系统的安全稳定性。
(6)上、下高导磁铁芯之间通过环氧树脂材料进行填充和支撑，其中，环氧树脂的填充高度介于工作线圈高度的二分之一到三分之一之间。通过环氧树脂材料的填充和支撑，可以保证上、下高导磁铁芯的夹紧和固定。
(7)超导控制线圈与工作线圈之间通过杜瓦壁提供绝热。以含两个超导控制线圈为例，从里到外，依次是第一个超导控制线圈和第二个超导控制线圈。各超导控制线圈之间的距离可以根据电抗器电抗值的设计要求，通过电抗值的经验公式计算得到。超导控制线圈的个数依据电抗器的设计电抗调节值的调节档位数量而定，比电抗调节值的调节档位数量要小一。以三种电抗调节值的电抗器为例，其电抗值的调节档位数是三，每次只需闭合一个超导控制线圈就可以实现一个电抗调值，那么只需两个超导控制线圈即可。
总之，本发明提供的新型超导可控电抗器采用一种特殊的结构，跟一般的超导可控电抗器相比，可以大幅度减少超导线圈的超导带材的用线量，克服低温杜瓦的技术复杂度，从而降低整个装置的制造成本。新型超导可控电抗器有望克服一般的超导可控电抗器的不足，在未来的电力系统中得到实际的应用。
附图说明
图1是本发明实例提供的超导可控电抗器的结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是俯视图；
图2是低温杜瓦的上、下端板示意图，其中，(a)是主视图，(b)是俯视图；
图3是有铁芯含三个超导控制线圈的电抗器示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面以带两个超导控制线圈为例说明本发明提供的超导可控电抗器的结构。
如图1所示，本发明提供的新型超导可控电抗器主要包括第一超导控制线圈1，第二超导控制线圈2，工作线圈3，低温杜瓦4和高导磁铁芯5和磁屏蔽铁芯6。
工作线圈3可采用一般的铜线或者铝线绕制而成。
低温杜瓦4布置在工作线圈3的里侧，采用非导磁材料制作，其结构为圆形，用于给超导控制线圈提供低温环境。
如图2所示，在低温杜瓦的上(下)端板7上，有圆形的卡槽8，卡槽8是凹进去的，用于给高导磁铁芯5提供固定用的。
如图1、2所示，高导磁铁芯5浸泡在低温杜瓦提供的液氮环境中，主要包含上、下两块铁芯，并分别固定于低温杜瓦4的上、下端盖板7的卡槽8上。上、下两块铁芯之间通过环氧树脂材料进行填充和支撑，以保证上、下高导磁铁芯的夹紧和固定。
高导磁铁芯5原则上要求用磁导率高，电阻率大的材料制成，同时也可以采用固化后的铁粉或固化后的铁磁流体材料作为高导磁率铁芯。
第一超导控制线圈1和第二超导控制线圈2套放在高导磁铁芯5的外面，从里到外依次是第一超导控制线圈1和第二超导控制线圈2。第一超导控制线圈1和第二超导控制线圈2均由多个超导控制线圈组成，采用高温超导材料绕制的。第一超导控制线圈1和第二超导控制线圈2均放置于低温杜瓦4中，采用65～77K的低温液氮提供制冷。
各超导控制线圈之间的距离可以根据电抗器电抗值的设计要求，通过电抗值的经验公式计算得到。
工作线圈3套在低温杜瓦4外，且均位于磁屏蔽铁芯6内，工作线圈3套在低温杜瓦4之间有一定的距离，其间距可以通过相应电压等级的国标来查询得到。
磁屏蔽铁芯6位于工作线圈3的外面，采用一般的硅钢叠片叠制而成，主要用于提供磁场通道以及屏蔽电抗器的漏磁。
实例：以35KV／3.5MVA单相超导可控电抗器方案为实施例对本发明加以介绍，分别设计了有铁芯的含三个超导控制线圈的电抗器和本发明的电抗器。如图3所示的有铁芯含三个超导控制线圈的电抗器，采用常规的E型铁芯，且增加了一个超导控制线圈9，同时杜瓦采用环形杜瓦10。两种电抗器均可以实现电抗器电抗值的三种调节档位，分别为50％，75％和100％。表1是有铁芯的超导可控电抗器的基本设计参数，表2是本发明的超导可控电抗器的基本设计参数。
从表1和表2的设计数据可以发现，在相同的容量和电抗调节值下，有铁芯的超导可控电抗器的超导线的总用线量为912+2156+3486＝6554米，而本发明的超导可控电抗器的超导线的总用线量为1160+2394＝3554米。本发明的超导可控电抗器的超导线的总用线量比有铁芯的超导可控电抗器的用线量少了45.77％，而且杜瓦的制作要更简单。此案例表明，本发明的超导可控电抗器具有更加优越的经济性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
表1超导可控电抗器基本设计参数
表2超导可控电抗器基本设计参数

Claims (4)

1. 一种超导可控电抗器，其特征在于，它包括高导磁铁芯、工作线圈、低温杜瓦、磁屏蔽铁芯和至少一个超导控制线圈；
超导控制线圈、工作线圈、低温杜瓦和磁屏蔽铁芯均为空心圆筒状；
高导磁铁芯由圆柱状的上、下导磁铁芯构成，分别固定在低温杜瓦的上、下盖板上；上、下两块铁芯之间通过环氧树脂材料进行填充和支撑；其中，环氧树脂的填充高度介于工作线圈高度的二分之一到三分之一之间；
各超导控制线圈位于低温杜瓦内，且从里到外同轴或近似于同轴布置；
工作线圈套在低温杜瓦外，且均位于磁屏蔽铁芯内。
2.根据权利要求1所述的超导可控电抗器，其特征在于，所述高导磁铁芯由铁粉芯或磁粉芯制成。
3.根据权利要求1所述的超导可控电抗器，其特征在于，所述低温杜瓦采用65K~77K的低温液氮提供制冷。
4.根据权利要求1所述的超导可控电抗器，其特征在于，所述高导磁铁芯由设置在低温杜瓦的上、下端板上的卡槽固定。
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