CN107369519A - 一种超导限流器的线圈支撑紧固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，用于解决现有技术中，在超导限流器的超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤的技术问题。本发明实施例包括：定位支撑板、定位支撑环和定位杆；定位支撑环开有至少两个关于定位支撑环的中心位置对称的通孔，定位支撑板与定位支撑环形状一致且定位支撑板上开有与定位支撑环上的通孔位置一致的通孔；至少两个定位支撑环通过定位杆同轴叠放，定位杆穿过定位支撑环上的通孔将定位支撑环连接固定，定位支撑环的环与环之间用于叠放超导线圈；定位支撑板通过定位杆同轴固定于定位支撑环的底部，用于支撑定位支撑环和超导线圈。

Description

一种超导限流器的线圈支撑紧固装置

技术领域

本发明涉及超导限流器技术领域，尤其涉及一种超导限流器的线圈支撑紧固装置。

背景技术

随着电力系统容量的增长，故障短路电流及故障容量的水平逐渐提高，需要对系统中各类电气设备，如高压断路器、互感器或变压器等进行故障电流水平的限制。当前常采用系统分层、分区、解列运行或加装串联电抗器等被动式短路电流限制措施，受系统网架结构、运行方式和安全稳定性等因素的制约，当前的被动式短路电流限制措施限流效果有限，存在如降低系统正常运行时的供电可靠性与运行灵活性、存在压降损耗和操作过电压隐患等负面影响。故障电流限制器能够主动地限制短路电流，确保系统安全稳定运行，节省电气设备更换成本，是具有发展潜力的限制故障电流技术。

超导限流器依靠超导体的基本特性来限制短路电流，可快速限流与自动恢复，具有在高压电网中应用的可能性。并联电感型超导限流器是利用超导体大的载流特性及无阻特性，所提出的一种基于并联电感解耦限流、提高断路器开断能力的超导限流器，具有低稳态阻抗、高限流阻抗的特点。如图1所示，为并联电感型超导限流器的原理拓扑图。

并联电感型超导限流器由一对并联反向耦合的超导线圈(即限流单元)、超导线圈的保护电阻及一对主辅开关组成。系统正常运行时，限流单元无感耦合，对外表现几乎无阻抗，限流器整体处于低损耗状态，此时系统电流由限流单元的并联线圈共同承担；系统发生故障时，并联线圈的分流降低了辅助开关的开断容量，当辅助开关断开后，限流单元解耦和，限流阻抗大大增加，可有效限制故障电流，从而减小了主开关的开断容量，保证故障电流的有效切断，实现了两台较低开断容量的开关开断较大短路容量的故障电流。

高耦合度、低损耗限流单元的研制是并联电感型超导限流器实现的关键技术问题之一，在保证加工难度的基础上，尽可能的提高超导线圈的耦合度，需在线圈结构型式上进行深入分析。螺线管型的超导线圈可采用双线并绕、内外筒式嵌套、单双饼同轴交叠放置等方式，超导饼式结构具有耦合度高、绕制简单、结构稳定、可重复使用等优点，在并联电感型限流器中具有较高的研究价值。

在故障发生时，并联电感型超导限流器的限流单元通过的电流迅速增大，交流损耗不可避免的会增加，制冷要求提高，同时超导线圈所承受电磁力亦会增加，特别在限流态时，交流损耗及电磁力增加更为明显。而现有技术中，对超导限流器的线圈的处理方式为常规的线圈绕制放置方式并置于液氮环境中，在超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤。

发明内容

本发明实施例提供了一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，解决了现有技术中，对超导限流器的线圈的处理方式为常规的线圈绕制放置方式并置于液氮环境中，在超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤的技术问题。

本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，包括：

定位支撑板、定位支撑环和定位杆；

定位支撑环开有至少两个关于定位支撑环的中心位置对称的通孔，定位支撑板与定位支撑环形状一致且定位支撑板上开有与定位支撑环上的通孔位置一致的通孔；

至少两个定位支撑环通过定位杆同轴叠放，定位杆穿过定位支撑环上的通孔将定位支撑环连接固定，定位支撑环的环与环之间用于叠放超导线圈；

定位支撑板通过定位杆同轴固定于定位支撑环的底部，用于支撑定位支撑环和超导线圈。

本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，还包括：下底板；

下底板上开有通孔且下底板通过定位杆固定设置于定位支撑板的底部，用于固定支撑定位支撑板。

本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，还包括：上盖板和固定杆；

上盖板通过至少两根固定杆与下底板固定连接，上盖板固定设置于最顶层的定位支撑环的顶部，用于与下底板一起配合固定内部的定位支撑环和超导线圈。

优选地，上盖板的中心开有通孔，用于引出超导线圈的出线。

优选地，定位支撑环上沿径向开有缺口，用于导出超导线圈的出线。

优选地，定位支撑环上沿径向设置有刻度标识，用于指示超导线圈的布置位置。

优选地，定位支撑环为齿轮状定位支撑环，用于为超导线圈提供液氮冷却通道。

优选地，线圈支撑紧固装置放置于液氮环境中。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

通过至少两根定位杆穿过所有定位支撑环的通孔将定位支撑环串联重叠在一起，并将超导线圈固定叠放于定位支撑环之间，使得超导线圈可以在定位支撑环的支撑下牢固的叠放在一起，并保证了超导线圈均为同轴放置。在超导限流器运行过程中，超导线圈可以保持位置稳定可靠，且受到定位支撑环以及底部的定位支撑板的支撑紧固作用，能够承受较大的电磁力，同时，通过定位支撑环对超导线圈的分隔支撑作用，使得超导线圈与液氮环境的接触面积增大，提高了超导线圈的整体冷却散热效果，解决了现有技术中，对超导限流器的线圈的处理方式为常规的线圈绕制放置方式并置于液氮环境中，在超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤的技术问题。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种并联电感型超导限流器的原理拓扑图。

图2为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的单饼超导线圈结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的组装示意图。

图5为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的上盖板的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的下底板的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的定位支撑板的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的定位支撑环的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，用于解决现有技术中，对超导限流器的线圈的处理方式为常规的线圈绕制放置方式并置于液氮环境中，在超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的结构示意图。

本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置包括：

定位支撑板1、定位支撑环2和定位杆3；

定位支撑环2开有至少两个关于定位支撑环2的中心位置对称的通孔，定位支撑板1与定位支撑环2形状一致且定位支撑板1上开有与定位支撑环2上的通孔位置一致的通孔。需要说明的是，定位支撑板1与定位支撑环2形状一致，但用于支撑超导线圈的定位支撑环2的中心开有一直径较大的通孔，以方便超导线圈的引出线。

至少两个定位支撑环2通过定位杆3同轴叠放，定位杆3穿过定位支撑环2上的通孔将定位支撑环2连接固定，定位支撑环2的环与环之间用于叠放超导线圈；

由于定位支撑板1的形状与定位支撑环2一致，且定位支撑板1上同样开有通孔，且定位支撑板1上的通孔的位置与定位支撑环2上的通孔位置相同，定位支撑板1可以通过定位杆3同轴固定于定位支撑环2的底部，用于支撑定位支撑环2和超导线圈。

具体的，从下到上，分别为定位支撑板1、定位支撑环2和超导线圈。需要说明的是，定位支撑板1的数量为一块，主要用于支撑定位支撑环2和超导线圈；而定位支撑环2以及超导线圈的数量根据实际需要确定，每一个超导线圈都叠放在一个定位支撑环2的上面，并由另一个定位支撑环2紧固挤压着，即每个超导线圈之间都由定位支撑环2互相分隔开。在安装的过程中，可以先通过定位杆3穿过底部的定位支撑板1的一对通孔，将定位支撑板1进行固定，然后在定位支撑板1上叠放定位支撑环2，并在定位支撑环2上叠放超导线圈，在叠放定位支撑环2和超导线圈的过程中，根据超导限流器的应用情况决定超导线圈及定位支撑环2的数量，即可完成磁体的组装。

本发明实施例中通过至少两根定位杆3穿过所有定位支撑环2的通孔将定位支撑环2串联重叠在一起，并将超导线圈固定叠放于定位支撑环2之间，使得超导线圈可以在定位支撑环2的支撑下牢固的叠放在一起，并保证了超导线圈均为同轴放置。在超导限流器运行过程中，超导线圈可以保持位置稳定可靠，且受到定位支撑环2以及底部的定位支撑板1的支撑紧固作用，能够承受较大的电磁力，同时，通过定位支撑环2对超导线圈的分隔支撑作用，使得超导线圈与液氮环境的接触面积增大，提高了超导线圈的整体冷却散热效果，解决了现有技术中，对超导限流器的线圈的处理方式为常规的线圈绕制放置方式并置于液氮环境中，在超导线圈较大时，散热条件以及对超导线圈的支撑紧固力难以满足要求，容易导致超导线圈过热损坏或机械损伤的技术问题。

实施例二：

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的结构示意图。

本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，包括：

定位支撑板1、定位支撑环2、定位杆3、下底板4、上盖板5和固定杆6；

定位支撑环2开有至少两个关于定位支撑环2的中心位置对称的通孔，定位支撑板1与定位支撑环2形状一致且定位支撑板1上开有与定位支撑环2上的通孔位置一致的通孔。需要说明的是，定位支撑板1与定位支撑环2形状一致，但用于支撑超导线圈的定位支撑环2的中心开有一直径较大的通孔，以方便超导线圈的引出线。

至少两个定位支撑环2通过定位杆3同轴叠放，定位杆3穿过定位支撑环2上的通孔将定位支撑环2连接固定，定位支撑环2的环与环之间用于叠放超导线圈。

需要说明的是，定位支撑环2采用大缺口的齿轮状环氧材料，通过定位支撑环2间隔各超导线圈，且采用齿轮状结构增加了液氮流通通道，通过沿内径圆周分布的通孔，实现各定位支撑环2的同轴放置。进一步地，定位支撑环2上沿径向设置有刻度标识，用于指示超导线圈的布置位置。即，通过定位支撑环2上的刻度标识可保证超导线圈的同轴布置。定位支撑环2上沿径向开有缺口，用于导出超导线圈的出线，可用于内外均有出线端的饼式线圈。

由于定位支撑板1的形状与定位支撑环2一致，且定位支撑板1上同样开有通孔，且定位支撑板1上的通孔的位置与定位支撑环2上的通孔位置相同，定位支撑板1可以通过定位杆3同轴固定于定位支撑环2的底部，用于支撑定位支撑环2和超导线圈。

下底板4作为基础支撑板，下底板4上开有通孔且下底板4通过定位杆3固定设置于定位支撑板1的底部，用于固定支撑定位支撑板1。

上盖板5与下底板4的开孔位置和方法一致，在能够保证底板强度的同时尽可能的靠外边缘钻通孔，孔位于上下板的四个角上，下底板4中心开一通孔，主要用于安装时固定定位支撑板1及保证两者的同轴布置。上盖板5通过至少两根固定杆6与下底板4固定连接，上盖板5固定设置于最顶层的定位支撑环2的顶部，用于与下底板4一起配合固定内部的定位支撑环2和超导线圈。即，上盖板5安装在固定杆6上，通过螺丝实现整个装置的固定，且上盖板5与下底板4均采用环氧材料。

进一步地，为了方便将超导线圈的出线引到支撑紧固装置的外面进行串并联连线，上盖板5的中心开有通孔，用于引出超导线圈的出线。

进一步地，整个线圈支撑紧固装置放置于液氮环境中，有利于超导线圈的散热冷却。

为了便于理解，以下将通过一限流器样机为例，详细描述本发明实施例提供的超导限流器的线圈支撑紧固装置的具体使用方式。

限流器样机额定工作电压为200V，额定工作电流为20A，故障电流从40A限至20A，限流电感值为27mH，限流单元耦合系数约为0.95，限流单元的两个超导线圈均由4个自感为2.4mH的超导单饼串联而成，单饼线圈骨架内直径90mm，线圈内直径100mm，线圈厚度37mm，总共114匝。如图3所示，为本发明实施例提供的单饼超导线圈结构示意图。

请参阅图4，为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的组装示意图。线圈支撑紧固装置由8个超导单饼线圈和上盖板5、下底板4、定位支撑板1、定位支撑环2、固定杆6及定位杆3组装而成。图5为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的上盖板的结构示意图，中间镂空圆直径为80mm，四角各开6mm通孔，采用10mm厚的环氧板。图6为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的下底板的结构示意图，板中心及四角各开6mm通孔，采用10mm环氧板。图7为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的定位支撑板的结构示意图。图8为本发明实施例提供的一种超导限流器的线圈支撑紧固装置的定位支撑环的结构示意图。定位支撑板1和定位支撑环2均采用大开口齿轮状结构，2mm厚环氧板，均在内直径72mm处沿圆周分布开6个6mm通孔，定位支撑板1于中心处开一6mm通孔，定位支撑环2的内直径为60mm。

该样机的超导线圈组装步骤如下：

1)将固定杆6安装通过下底板4四个角上的通孔，并于底板上下拧紧螺丝进行固定；将定位支撑板1放置在下底板4上，用螺丝杆通过定位支撑环2与下底板4的中心通孔，可保证定位支撑板1和下底板4的同轴布置；

2)将2根定位杆3安装通过定位支撑板1上圆周分布的一对通孔，之后依次叠放定位支撑环2与超导线圈，定位杆3穿过定位支撑环2上的一对通孔，超导线圈依照定位支撑环2上的刻度放置，即可保证超导线圈、定位支撑环2、定位支撑板1以及下底板4的同轴分布；

3)根据超导线圈的数量确定定位支撑环2的个数，同上理叠放于定位支撑板1上；

4)之后将上盖板5安装在最上面，固定杆6通过四个角上的开孔并拧紧螺丝；最后根据实际实验需求将各超导线圈串并联，完成磁体的组装。

本发明实施例提供的超导限流器的线圈支撑紧固装置有如下有益效果：

1)线圈支撑紧固装置可根据超导线圈的高度灵活调节定位支撑环2与上盖板5的相对位置，且超导线圈的接头均在外部，便于进行超导线圈的串并联，提高了故障超导线圈的可更换性。

2)本线圈支撑紧固装置用于由各超导线圈串并联而成超导磁体的支撑紧固装置，而未将超导线圈整体浸渍固化，提高了超导磁体的整体冷却效果进而增加了装置的安全稳定运行系数。

3)定位支撑环2采用开通孔的结构利于超导线圈的同轴定位，沿径向开有缺口有利于单饼线圈的内出线引出，同时齿轮状的定位支撑环2结构可为超导线圈提供足够的液氮冷却通道，利于磁体的安全稳定运行。

4)本装置中固定杆6和定位杆3可实现各超导线圈的双重固定，避免磁体在故障冲击电流产生的强电磁应力下剧烈振动，降低了运行时的噪音。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，包括：

定位支撑板、定位支撑环和定位杆；

所述定位支撑环开有至少两个关于所述定位支撑环的中心位置对称的通孔，所述定位支撑板与所述定位支撑环形状一致且所述定位支撑板上开有与所述定位支撑环上的通孔位置一致的通孔；

至少两个所述定位支撑环通过所述定位杆同轴叠放，所述定位杆穿过所述定位支撑环上的通孔将所述定位支撑环连接固定，所述定位支撑环的环与环之间用于叠放超导线圈；

所述定位支撑板通过所述定位杆同轴固定于所述定位支撑环的底部，用于支撑所述定位支撑环和所述超导线圈。

2.根据权利要求1所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，还包括：下底板；

所述下底板上开有通孔且所述下底板通过所述定位杆固定设置于所述定位支撑板的底部，用于固定支撑所述定位支撑板。

3.根据权利要求2所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，还包括：上盖板和固定杆；

所述上盖板通过至少两根所述固定杆与所述下底板固定连接，所述上盖板固定设置于最顶层的定位支撑环的顶部，用于与所述下底板一起配合固定内部的定位支撑环和超导线圈。

4.根据权利要求3所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，所述上盖板的中心开有通孔，用于引出所述超导线圈的出线。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，所述定位支撑环上沿径向开有缺口，用于导出所述超导线圈的出线。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，所述定位支撑环上沿径向设置有刻度标识，用于指示超导线圈的布置位置。

7.根据权利要求1所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，所述定位支撑环为齿轮状定位支撑环，用于为超导线圈提供液氮冷却通道。

8.根据权利要求1所述的超导限流器的线圈支撑紧固装置，其特征在于，所述线圈支撑紧固装置放置于液氮环境中。