CN105958455A - 一种高温超导混合型限流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温超导混合型限流器，包括：一组高温超导模块、电流通断阀、弹性连接装置、限流回路和一组电流引入端子。其中，一组高温超导模块包括并排设置的第一高温超导模块和第二高温超导模块；电流通断阀的一端与第一高温超导模块连接，另一端与第二高温超导模块连接；弹性连接装置的一端与第一高温超导模块连接，另一端与第二高温超导模块连接；一组电流引入端子中的第一电流引入端子的一端与第一高温超导模块连接，另一端连接至限流回路的一端；第二电流引入端子的一端与第二高温超导模块连接，另一端连接至限流回路的另一端。本发明可在电网发生故障电流时自动抑制故障电流，自动化程度高、使用灵活、结构简单，体积小，应用广泛。

Description

一种高温超导混合型限流器
技术领域
本发明涉及超导电工技术领域，更具体地说，涉及一种高温超导混合型限流器。
背景技术
超导材料因其无阻、可携带大电流的特性被广泛应用于大型电力装置，特别在电网系统中，利用高温超导的无阻特性，可设计出体积小，功率大的新型电工装置，成为智能电网的关键装备。其中，高温超导故障限流器便是一大类应用。
利用高温超导技术的限流器大致包括三种。
第一种是电阻型，它利用超导体在临界电流之上电阻阻值会急速上升的特性构建限流器。然而在故障电流发生时，由于故障电流能量消耗在超导体之上，会引起超导体升温。升温后的超导体再冷却进入超导状态的时间比较长，即超导体恢复到正常导通态的时间比较长，因此该电阻型限流器使用具有局限性。
第二种是饱和铁芯式限流器，它利用超导直流绕组饱和磁路，在正常通流情况下，由于磁路饱和，限流绕组阻抗极小，在故障电流发生时，直流绕组退磁，限流绕组上产生大感抗从而实现限流。然而这种饱和铁芯式限流器体积大，重量沉。
第三种是混合式限流器，它同时利用超导导体和常规导体限流器实现限流。具体的，混合式限流器利用多重电子或者机械开关，在故障电流发生时，通过多重开关实现在超导导体与常规导体限流器之间进行切换来实现限流。然而，正是由于混合式限流器需要借助多重开关相互配合，那么对于多重开关的控制精度、控制要求比较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高温超导混合型限流器，以克服现有技术中的高温超导限流器存在的体积大、重量沉、控制精度和控制要求高、以及使用具有局限性的问题。技术方案如下：
本发明提供了一种高温超导混合型限流器，包括：一组高温超导模块、电流通断阀、弹性连接装置、限流回路和一组电流引入端子；其中，
所述一组高温超导模块包括第一高温超导模块和第二高温超导模块，所述第一高温超导模块和第二高温超导模块并排设置；
所述电流通断阀的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述弹性连接装置的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述一组电流引入端子包括第一电流引入端子和第二电流引入端子，所述第一电流引入端子的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的一端；所述第二电流引入端子的一端与所述第二高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的另一端；
所述一组电流引入端子用于电流的引入和输出。
优选地，所述第一高温超导模块和第二高温超导模块并排设置包括：
所述第一高温超导模块和第二高温超导模块平行设置。
优选地，所述一组高温超导模块由多层高温超导带经过铠装构成。
优选地，所述高温超导带包括钇钡铜氧化合物YBCO高温超导导线或Bi2223/Ag多芯高温超导导线；所述铠装的材料包括金属材料。
优选地，还包括：至少一个辅助电流通断阀和至少一组辅助电流引入端子；其中，
所述辅助电流通断阀的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述一组辅助电流引入端子包括第一辅助电流引入端子和第二辅助电流引入端子；所述第一辅助电流引入端子的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的一端；所述第二辅助电流引入端子的一端与所述第二高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的另一端。
优选地，所述限流回路包括：常规电阻型限流器和/或常规电感型限流器。
优选地，所述弹性连接装置包括弹簧。
应用本发明的上述技术方案，本发明提供的高温超导混合型限流器中采用非线性电阻特性的一组高温超导模块，该一组高温超导模块中的第一高温超导模块和第二高温超导模块通过电流通断阀连接，且该一组高温超导模块与限流回路并联连接。本发明在故障电流发生时，一组高温超导模块凭借其非线性电阻特性，电阻突然增加，同时第一高温超导模块和第二高温超导模块间的电磁斥力增大，使得电流通断阀断开，那么此时的故障电流则流入限流电路，从而使得电网上的电流被大幅度抑制。而随着电流通断阀的断开，该一组高温超导模块几乎没有电流通过，因此该一组高温超导模块的温度会迅速下降，恢复到超导状态。第一高温超导模块和第二高温超导模块间的电磁斥力也逐渐减小，在加之弹性连接装置的拉力，电流通断阀重新闭合，使得高温超导混合型限流器恢复到正常通流状态。因此，本发明提供的高温超导混合型限流器可自动感知电网中的电流，并在电网发生故障电流时自动抑制故障电流，自动化程度高且使用灵活、不受限制。此外本发明提供的高温超导混合型限流器结构简单，体积小，能够得到更广泛地应用。
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为本发明提供的一种高温超导混合型限流器的结构示意图；
图2为本发明中高温超导模块的结构示意图；
图3为本发明提供的一种高温超导混合型限流器的另一种结构示意图；
图4为本发明提供的一种高温超导混合型限流器的再一种结构示意图；
图5为本发明提供的一种高温超导混合型限流器的再一种结构示意图。
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1，其示出了本发明提供的一种高温超导混合型限流器的结构示意图，包括：一组高温超导模块100、电流通断阀200、弹性连接装置300、限流回路400和一组电流引入端子500。其中，
一组高温超导模块100包括第一高温超导模块101和第二高温超导模块102，所述第一高温超导模块101和第二高温超导模块102并排设置。
本发明中作为优选的，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102平行设置。
作为本发明中的核心部件，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102由多层高温超导带经过铠装构成，如图2所示。其中，高温超导带采用YBCO(YBaCuO，钇钡铜氧化合物)高温超导导线或Bi2223/Ag多芯高温超导导线，铠装的材料采用金属材料，即本发明中图2所示，多层高温超导带700被金属外壳800包裹。
电流通断阀200的一端与第一高温超导模块101连接，电流通断阀200的另一端与第二高温超导模块102连接，即本发明中电流通断阀200设置在第一高温超导模块101和第二高温超导模块102之间，用于实现第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的连接。
弹性连接装置300的一端与第一高温超导模块101连接，弹性连接装置300的另一端与第二高温超导模块102连接，即本发明中弹性连接装置300也设置在第一高温超导模块101和第二高温超导模块102之间，用于当第一高温超导模块101和第二高温超导模块102由于电磁斥力排开时，拉紧第一高温超导模块101和第二高温超导模块102。
本发明中作为优选的，弹性连接装置300为弹簧。
一组电流引入端子500包括第一电流引入端子501和第二电流引入端子502。其中，第一电流引入端子501的一端与第一高温超导模块101连接，第一电流引入端子501的另一端连接至所述限流回路400的一端。第二电流引入端子502的一端与第二高温超导模块102连接，第二电流引入端子502的另一端连接至所述限流回路400的另一端。
本发明中，一组电流引入端子500用于电流600的引入和输出。具体的，本发明中可以将第一电流引入端子501作为电流600的引入端，第二电流引入端子502作为电流600的输出端。
通过本发明中的上述连接关系，限流回路400与一组高温超导模块100实现并联连接。
而具体的，作为本发明优选的，限流回路400可以包括常规电阻型限流器和/或常规电感型限流器。
下面，发明人将对本发明提供的高温超导混合型限流器进行详细说明。
如图3中，弹性连接装置300具体为弹簧301，限流回路400具体为常规电阻型限流器401或者常规电感型限流器402，本实施例中以限流回路400具体为常规电阻型限流器401为例来说。一组高温超导模块100选用YBCO高温超导导线。
在本发明具体应用时，在正常的常规通流状态下，电流通断阀200处于闭合状态。电流600通过第一电流引入端子501引入，并依次经过平行的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102，最终从第二电流引入端子502流出。
当电网发生故障，故障电流(通常情况下故障电流都非常大，会称之为故障大电流)发生时，电流600通过第一电流引入端子501引入，但由于平行的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的非线性电阻特性，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的电阻值会突然增加，由于第一高温超导模块101、第二高温超导模块102同常规电阻型限流器401成并联的连接方式，因此从第一电流引入端子501引入的部分电流600会流入常规电阻型限流器401。与此同时，由于故障电流非常大，平行的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102之间会产生很大的电磁斥力，当电磁斥力达到某个阈值时，电流通断阀200在大电流磁场的驱动下，由于电磁斥力而被强行拉断，实现了自动断开，那么此时的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间的连接便断开了，电流600便都流入了常规电阻型限流器401，从而使得电网上的故障电流通过常规电阻型限流器401得到大幅度抑制。
平行的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间由于电流通断阀200的断开而断开连接，不在有电流通过，因此第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的温度会迅速下降，直至恢复到超导状态。而在第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的温度迅速下降的过程中，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间的电磁斥力会逐渐减小，那么在弹簧301的拉力作用下，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102逐渐靠近，电流通断阀200重新闭合，此时高温超导混合型限流器恢复到正常通流状态，直至等到下一次故障电流的出现。
需要说明的是，在本发明实际应用过程中，当电流通断阀200因为电磁斥力被强行拉断时，仍会有部分电流600通过电弧的方式经过电流通断阀200，而随着电弧的消失，电流600便全部流入常规电阻型限流器401。
在本发明上述实施例的基础上，作为优选的，如图4所示，限流回路400可以具体为常规电阻型限流器401和常规电感型限流器402，其中常规电阻型限流器401和常规电感型限流器402串联连接，由常规电阻型限流器401和常规电感型限流器402串联组成常规的限流回路，这样可以使得本发明跟根据负载特性更好的匹配相位。
在本发明上述实施例的基础上，作为优选的，本发明还包括：至少一个辅助电流通断阀900和至少一组辅助电流引入端子1000。
其中，至少一个辅助电流通断阀900的一端与第一高温超导模块101连接，至少一个辅助电流通断阀900的另一端与第二高温超导模块102连接。
至少一组辅助电流引入端子1000包括第一辅助电流引入端子1001和第二辅助电流引入端子1002。其中，第一辅助电流引入端子1001的一端与第一高温超导模块101连接，第一辅助电流引入端子1001的另一端连接至所述限流回路400的一端；第二辅助电流引入端子1002的一端与第二高温超导模块102连接，第二辅助电流引入端子1002的另一端连接至所述限流回路400的另一端。
如图5所示，在本实施例中，本发明以包括一个辅助电流通断阀900和一组辅助电流引入端子1000为例进行说明。一组高温超导模块100选用Bi2223/Ag多芯高温超导导线。
在本实施例中，电流通断阀200和辅助电流通断阀900共同承担电流600的经过，即在正常通流情况下，电流600会同时经过电流通断阀200和辅助电流通断阀900，由于辅助电流通断阀900的存在，使得电流600经过更短的路径通过平行的一组高温超导模块100，且有利于后期高温超导模块100的快速恢复。
在故障电流发生时，由于平行的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的非线性电阻特性，第一高温超导模块101和第二高温超导模块102的电阻值会突然增加，此时的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102之间会产生很大的电磁斥力，当电磁斥力达到某个阈值时，电流通断阀200和辅助电流通断阀900在大电流磁场的驱动下，均由于电磁斥力而被强行拉断，实现了自动断开，那么此时的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间的连接便都断开了，电流600便都流入了限流回路400。而由于本发明中辅助电流引入端子1000的存在，会进一步分流故障电流至限流回路400。
因此应用本发明的上述技术方案，本发明提供的高温超导混合型限流器中采用非线性电阻特性的一组高温超导模块100，该一组高温超导模块100中的第一高温超导模块101和第二高温超导模块102通过电流通断阀200连接，且该一组高温超导模块100与限流回路400并联连接。本发明在故障电流发生时，一组高温超导模块100凭借其非线性电阻特性，电阻突然增加，同时第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间的电磁斥力增大，使得电流通断阀200自动断开，那么此时的故障电流则流入限流电路400，从而使得电网上的电流被大幅度抑制。而随着电流通断阀200的断开，该一组高温超导模块100几乎没有电流通过，因此该一组高温超导模块100的温度会迅速下降，恢复到超导状态。第一高温超导模块101和第二高温超导模块102间的电磁斥力也逐渐减小，在加之弹性连接装置300的拉力，电流通断阀200重新闭合，使得高温超导混合型限流器恢复到正常通流状态。因此，本发明提供的高温超导混合型限流器可自动感知电网中的电流，并在电网发生故障电流时自动抑制故障电流，自动化程度高且使用灵活、不受限制。此外本发明提供的高温超导混合型限流器结构简单，体积小，能够得到更广泛地应用。
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。
以上对本发明所提供的一种高温超导混合型限流器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (7)

1.一种高温超导混合型限流器，其特征在于，包括：一组高温超导模块、电流通断阀、弹性连接装置、限流回路和一组电流引入端子；其中，
所述一组高温超导模块包括第一高温超导模块和第二高温超导模块，所述第一高温超导模块和第二高温超导模块并排设置；
所述电流通断阀的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述弹性连接装置的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述一组电流引入端子包括第一电流引入端子和第二电流引入端子，所述第一电流引入端子的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的一端；所述第二电流引入端子的一端与所述第二高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的另一端；
所述一组电流引入端子用于电流的引入和输出。
2.根据权利要求1所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，所述第一高温超导模块和第二高温超导模块并排设置包括：
所述第一高温超导模块和第二高温超导模块平行设置。
3.根据权利要求1或2所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，所述一组高温超导模块由多层高温超导带经过铠装构成。
4.根据权利要求3所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，所述高温超导带包括钇钡铜氧化合物YBCO高温超导导线或Bi2223/Ag多芯高温超导导线；所述铠装的材料包括金属材料。
5.根据权利要求1所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，还包括：至少一个辅助电流通断阀和至少一组辅助电流引入端子；其中，
所述辅助电流通断阀的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端与所述第二高温超导模块连接；
所述一组辅助电流引入端子包括第一辅助电流引入端子和第二辅助电流引入端子；所述第一辅助电流引入端子的一端与所述第一高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的一端；所述第二辅助电流引入端子的一端与所述第二高温超导模块连接，另一端连接至所述限流回路的另一端。
6.根据权利要求1、2或5所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，所述限流回路包括：常规电阻型限流器和/或常规电感型限流器。
7.根据权利要求1、2或5所述的高温超导混合型限流器，其特征在于，所述弹性连接装置包括弹簧。
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