CN105761872B - 一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组 - Google Patents

一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组，包括：多个相互独立的高温超导绕组模块、圆柱支撑筒和连接件；其中，每个所述高温超导绕组模块采用独立的直流电源模块进行供电，所述多个相互独立的高温超导绕组模块安装在所述圆柱支撑筒的外表面上；所述圆柱支撑筒包括圆柱形筒体、上端法兰和下端法兰；所述上端法兰用于轴向定位所述高温超导绕组模块；所述下端法兰与所述圆柱形筒体的一端连接；所述上端法兰和下端法兰通过所述连接件连接。本发明不仅能够有效提高高温超导绕组模块中的高温超导带材通电流能力，还能大大抑制单个高温超导双饼线圈通电流能力下降或失超引起的失超连锁反应。

Description

一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组
技术领域
本发明涉及高温超导技术、低温技术的电力系统技术领域，更具体地说，涉及一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组。
背景技术
工作于超导状态的高温超导体在直流工作电流下无交流损耗和焦尔热产生，基于高温超导技术的饱和铁心型超导限流器是解决电网短路电流的有效措施之一。饱和铁心型超导限流器可有效限制电网的短路电流，减轻断路器等各种电气设备的负担，从而提高电力系统的安全性和稳定性。
饱和铁心型超导限流器主要由交流绕组、铁心、超导直流绕组以及冷却系统等组成，如图1、图2所示。单相饱和铁心型超导限流器中两个起限流作用的铜导体交流绕组串联接入电网。通过两个口字形铁芯的各一个立柱叠合成一个类圆柱形的直流柱，直流工作电源的高温超导绕组位于垂直方向的直流柱上，而两个串联的高压交流绕组则分别位于两个口字形铁芯的上部水平交流柱上。直流工作电源的高温超导绕组使铁心处于深度饱和状态，高电压的交流绕组具有较低的感抗，限流器呈现低阻抗，使用高温超导材料制作直流励磁绕组不仅提高了偏磁能力、减小了直流绕组的体积和重量，并且克服了采用常规导体制作直流励磁绕组产生较高的焦尔热损耗等问题。
然而本申请的发明人对现有技术中的饱和铁心型超导限流器进行研究后发现，现有饱和铁心型超导限流器中的高温超导绕组为螺线管型，而高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块承受较高的垂直磁场，加之高压交流线圈产生的交变磁场的漏磁场对于高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块的影响，高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块中的高温超导带材通电流能力下降。
而如果高温超导绕组采用非模块化结构并通过一路电源集中进行供电，其单个高温超导双饼线圈通电流能力下降或者失超将影响到其他高温超导双饼线圈的通电流能力，并可能进一步造成所有高温超导双饼线圈失超。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组，以解决现有技术中，高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块中的高温超导带材通电流能力下降，以及由于单个高温超导双饼线圈通电流能力下降或者失超而影响到其他高温超导双饼线圈的通电流能力下降，甚至发生所有高温超导双饼线圈失超的问题。技术方案如下：
本发明提供一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组，包括：多个相互独立的高温超导绕组模块、圆柱支撑筒和连接件；其中，
每个所述高温超导绕组模块采用独立的直流电源模块进行供电，所述多个相互独立的高温超导绕组模块安装在所述圆柱支撑筒的外表面上；
所述圆柱支撑筒包括圆柱形筒体、上端法兰和下端法兰；所述上端法兰用于轴向定位所述高温超导绕组模块；所述下端法兰与所述圆柱形筒体的一端连接；所述上端法兰和下端法兰通过所述连接件连接。
优选地，每个所述高温超导绕组模块包括多个高温超导双饼线圈，所述多个高温超导双饼线圈的通电流能力趋近相等，且所述多个高温超导双饼线圈串联连接，每个所述高温超导绕组模块包括一对电流引线。
优选地，每个所述高温超导绕组模块中的高温超导双饼线圈通过真空压力浸渍工艺整体固化；每个所述高温超导绕组模块中的所有高温超导双饼线圈均可拆卸、更换。
优选地，位于所述圆柱支撑筒的两端的高温超导绕组模块中的高温超导双饼线圈，采用液氮温度下抵抗垂直磁场较强的二代高温超导带材多线并绕。
优选地，所述圆柱支撑筒绝缘、耐低温。
优选地，所述圆柱支撑筒中的上端法兰可拆卸，所述上端法兰面向所述高温超导绕组模块的一面具有倾斜角度。
优选地，所述连接件为拉杆，所述拉杆的内层为复合材料，所述拉杆的外层被金属材料包裹。
优选地，所述拉杆的两端采用带有碟簧的双螺帽预紧结构。
优选地，所述高温超导绕组采用负压过冷液氮浸泡冷却。
因此应用本发明的上述技术方案，本发明提供的用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组中，多个高温超导绕组模块相互独立，且分别采用独立的直流电源模块进行供电，由此不仅能够有效提高高温超导绕组模块中的高温超导带材通电流能力，还能大大抑制单个高温超导双饼线圈通电流能力下降或失超引起的失超连锁反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中饱和铁心型超导限流器的结构示意图；
图2为现有技术中饱和铁心型超导限流器的另一结构示意图；
图3为本发明提供的用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图3，其示出了本发明提供的一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组的结构示意图。本发明提供的高温超导绕组为螺线管型，包括：多个相互独立的高温超导绕组模块100、圆柱支撑筒200和连接件300。其中，
每个高温超导绕组模块100采用独立的直流电源模块进行供电，多个相互独立的高温超导绕组模块100安装在圆柱支撑筒200的外表面上。
圆柱支撑筒200包括圆柱形筒体、上端法兰202和下端法兰203。其中，上端法兰202用于轴向定位高温超导绕组模块100，下端法兰203与圆柱形筒体的一端连接。上端法兰202和下端法兰203通过连接件300连接。
应用本发明的上述技术方案，本发明提供的用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组中，多个高温超导绕组模块100相互独立，且分别采用独立的直流电源模块进行供电，由此不仅能够有效提高高温超导绕组模块100中的高温超导带材通电流能力，还能大大抑制单个高温超导双饼线圈通电流能力下降或失超引起的失超连锁反应。
下面，发明人将对本申请提供的用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组进行进一步的详细说明。
本申请中，每个高温超导绕组模块100包括多个高温超导双饼线圈，该多个高温超导双饼线圈的通电流能力趋近相等或者相等，且该多个高温超导双饼线圈串联连接。本申请中每个高温超导绕组模块100还包括一对电流引线 102。
具体的，本申请中每个高温超导绕组模块100中的高温超导双饼线圈通过真空压力浸渍工艺整体固化，且每个高温超导绕组模块100中的所有高温超导双饼线圈均可拆卸、更换。
在实际应用过程中，位于高温超导绕组两端的高温超导绕组模块100承受较高的垂直磁场，加之高压交流线圈产生的交变磁场的漏磁场对于高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块100的影响，高温超导绕组上下两端的高温超导绕组模块100中的高温超导带材通电流能力会下降。基于此，本申请为提高高温超导双饼线圈承受垂直磁场的能力，本申请将位于圆柱支撑筒200上下两端的高温超导绕组模块100中的高温超导双饼线圈，采用液氮温度下抵抗垂直磁场较强的二代高温超导带材多线并绕方式，而位于圆柱支撑筒200中间部位的高温超导绕组模块100中的高温超导双饼线圈，则采用一代带材多线并绕或单线绕制方式。因此，本申请选用在较高垂直磁场强度下通电流能力较强的二代高温超导带材多线并绕高温超导双饼线圈，从而保证了饱和铁心型超导限流器中直流超导绕组上下两端的磁场强度和磁场位形，解决了现有技术中只采用一代高温超导带材在较高垂直磁场强度下通电流能力下降引起的励磁不足的问题。
因此，本申请为了达到预期的偏磁能力，高温超导双饼线圈选用不同类型的高温超导带材和不同类型的绕制方式，圆柱支撑筒200上下两端的高温超导绕组模块100的高温超导双饼线圈采用液氮温度下能够承受较高垂直磁场强度的二带高温超导带材多线并绕，实现了圆柱支撑筒200上下两端高温超导绕组模块100在较高垂直磁场下，通较高电流的能力，提高了圆柱支撑筒200 上下两端的高温超导绕组模块100在较高稳态垂直磁场和交变磁场共同作用下抵抗失超的能力。
本申请提供的用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组，受垂直于高温超导带带面的垂直磁场的影响，作为高温超导线圈模块基本单元的高温超导双饼线圈根据所处位置的不同，通电流能力有所差别。本申请提供的饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组直径大，高温超导双饼线圈的数量多并且电流引线102的数量也多，本申请采用基于多个高温超导双饼线圈制作而成的模块化高温超导绕组在物理上相互独立，降低了整体结构的高温超导绕组采用一路电源供电带来的励磁不足与超导体容易失超的问题。
本申请中的高温超导绕组采用模块化结构不仅有利于高温超导体的失超保护，还有利于高温超导绕组的升级与维护，避免了整体固化的高温超导绕组无法实现各高温超导双饼线圈的合理通流问题，以及高温超导绕组损坏之后难以维修的问题。
进一步，对于本申请中的圆柱支撑筒200来说，本申请中的圆柱支撑筒200 绝缘、耐低温，多个相互独立的高温超导绕组模块100安装在该绝缘、耐低温的圆柱支撑筒200的外表面上。本申请中采用绝缘、耐低温的圆柱支撑筒200 对高温超导绕组模块100加以定位，避免了高压线圈产生的交变磁场漏磁场在高温超导绕组模块100上产生的涡流损耗。
具体的，圆柱支撑筒200包括圆柱形筒体、上端法兰202和下端法兰203。其中，下端法兰203与圆柱形筒体的一端连接，该连接方式可以采用一体成型方式，也可通过固定装置将下端法兰203与圆柱形筒体的一端固定连接。本申请中下端法兰203优选为不可拆卸。
在圆柱形筒体的另一端与具有台阶定位结构的上端法兰202连接，该上端法兰202用于轴向定位高温超导绕组模块100，该上端法兰202可拆卸，且该上端法兰202面向所述高温超导绕组模块100的一面具有倾斜角度。本申请中，可拆卸的上端法兰202的下表面具有的倾斜角度实现了氮气的自由流动，可保证液氮气化产生的氮气及时溢出，避免氮气聚集在法兰下表面引起高温超导体局部温升产生失超。
圆柱支撑筒200的上端法兰202和下端法兰203通过连接件300连接。具体的，该连接件300可以为拉杆，所述拉杆的内层为复合材料，所述拉杆的外层被金属材料包裹，即本申请中的连接件300采用了金属+复合材料+金属的结构，降低了交变磁场的漏磁场引起的涡流损耗。且作为更优的，拉杆的两端采用带有碟簧的双螺帽预紧结构，本申请拉杆两端采用带碟簧的双螺帽预紧结构实现了在温度变化过程中以及振动环境下的螺栓预紧力。
因此本申请中的圆柱支撑筒200采用了可拆卸结构，有利于高温超导绕组模块100的安装与维护，提高了高温超导绕组模块100的可维护性。
此外作为更优的，本申请中的高温超导绕组采用负压过冷液氮浸泡冷却。本申请采用负压过冷液氮浸泡冷却高温超导绕组提高了高温超导带材在背景磁场环境下的载流能力，从而提高了高温超导绕组的偏磁能力，有利于节省高温超导带材的用量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (6)

1.一种用于饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组，其特征在于，包括：多个相互独立的高温超导绕组模块、圆柱支撑筒和连接件；其中，
每个所述高温超导绕组模块采用独立的直流电源模块进行供电，所述多个相互独立的高温超导绕组模块安装在所述圆柱支撑筒的外表面上；
所述圆柱支撑筒包括圆柱形筒体、上端法兰和下端法兰；所述上端法兰用于轴向定位所述高温超导绕组模块；所述下端法兰与所述圆柱形筒体的一端连接；所述上端法兰和下端法兰通过所述连接件连接；
其中，每个所述高温超导绕组模块包括多个高温超导双饼线圈，所述多个高温超导双饼线圈的通电流能力趋近相等，且所述多个高温超导双饼线圈串联连接，每个所述高温超导绕组模块包括一对电流引线；
每个所述高温超导绕组模块中的高温超导双饼线圈通过真空压力浸渍工艺整体固化；每个所述高温超导绕组模块中的所有高温超导双饼线圈均可拆卸、更换；
位于所述圆柱支撑筒的两端的高温超导绕组模块中的高温超导双饼线圈，采用液氮温度下抵抗垂直磁场较强的二代高温超导带材多线并绕。
2.根据权利要求1所述的高温超导绕组，其特征在于，所述圆柱支撑筒绝缘、耐低温。
3.根据权利要求1或2所述的高温超导绕组，其特征在于，所述圆柱支撑筒中的上端法兰可拆卸，所述上端法兰面向所述高温超导绕组模块的一面具有倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的高温超导绕组，其特征在于，所述连接件为拉杆，所述拉杆的内层为复合材料，所述拉杆的外层被金属材料包裹。
5.根据权利要求4所述的高温超导绕组，其特征在于，所述拉杆的两端采用带有碟簧的双螺帽预紧结构。
6.根据权利要求1所述的高温超导绕组，其特征在于，所述高温超导绕组采用负压过冷液氮浸泡冷却。
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