CN107947162B - 一种基于超导线路的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超导线路的供电系统，所述供电系统包括传统供电系统和超导供电线路模块，所述超导供电线路模块的第一端通过传统供电线路内的备用供电仓位与传统供电线路内的供电母线连接，所述超导供电线路模块的第二端与用户的供电线路接入端连接。与现有技术相比，本发明具有改造成本低、供电稳定以及适合普遍推广等优点。

Description

一种基于超导线路的供电系统

技术领域

本发明涉及电力系统供电领域，尤其是涉及一种基于超导线路的供电系统。

背景技术

近年来，超导线路在城市电力系统中的应用逐渐引起关注。城市电力系统往往具备负荷密度高、负荷需求量大、网络损耗高、线路通道极其紧张的特点。高温超导电缆是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点，可以实现低损耗、高效率、大容量输电。高温超导电缆将首先应用于短距离传输电力的场合(如发电机到变压器、变电中心到变电站、地下变电站到城市电网端口)及发电厂和变电站等短距离传输大电流的场合，以及大型或超大型城市电力传输的场合。

在重量、尺寸相同的情况下，与常规电力电缆相比，高温超导电缆的容量可提高3-5倍、损耗下降60％，可以明显地节约占地面积和空间，节省宝贵的土地资源。用高温超导电缆改装现有地下电缆系统：能将传输容量提高数倍。利用高温超导电缆还可以改变传统输电方式，采用低电压大电流传输电能。因此，高温超导电缆可以大大降低电力系统的损耗，提高电力系统的总效率。

由于城市内各变电站已有本身的供电系统，因此如果淘汰现有的变电站与供电系统，直接重新建立超导供电线路，一方面会造成资源的浪费和成本的大幅提升；另一方面，由于超导供电仍处于新兴阶段，通过超导线路供电仍会存在故障情况多，供电不稳定的情况，因此，如何在现有变电站的基础上，通过超导线路来进行供电，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种基于超导线路的供电系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于超导线路的供电系统，所述供电系统包括传统供电系统和超导供电线路模块，所述超导供电线路模块的第一端通过传统供电线路内的备用供电仓位与传统供电线路内的供电母线连接，所述超导供电线路模块的第二端与用户的供电线路接入端连接。

优选地，所述超导供电线路模块包括超导供电线、超导供电线输入开关和超导供电线输出开关组件，所述超导供电线输入开关位于超导供电线的第一端，通过备用供电仓位与供电母线连接，所述超导供电线输出开关组件位于超导供电线的第二端，与用户的供电线路接入端连接。

优选地，所述超导供电线输出开关组件包括串联式开关组件或并联式开关组件。

优选地，所述串联式开关组件包括多个相互串联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线输出开关的输出端均分别与下一个超导供电线输出开关的输入端和相应的用户的供电线路连接，第一个超导供电线输出开关的输入端与超导供电线的第二端连接。

优选地，所述超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。

优选地，所述并联式开关组件包括总控制开关和多个相互并联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线开关的输入端均与总控制开关的输出端连接，每一个超导供电线开关的输出端均与相应的用户的供电线路连接，所述总控制开关的输入端与超导供电线的第二端连接。

优选地，所述超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。

优选地，所述总控制开关与超导供电线输出开关之间还设有超导供电延长线，所述超导供电延长线的第一端与总控制开关的输出端连接，所述超导供电延长线的第二端与多个并联供电线连接，所述并联供电线的数量与超导供电线输出开关的数量相等，每一个所述并联供电线均与相应的超导供电线输出开关的输入端连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出的基于超导线路的供电系统，是在原有的传统供电系统上进行改造，通过利用传统供电系统中的备用供电仓位来为超导供电线路模块进行供电，这样既可以实现超导供电，又无需废弃原有的供电系统，而且由于本发明利用的是传统供电系统的备用仓位，在超导线路的供电出现问题时，可以通过断开超导供电线路模块，继续利用原有的供电线路进行正常供电，解决了超导供电线路供电不稳定的问题。

(2)超导供电线路模块包括超导供电线、超导供电线输入开关和超导供电线输出开关组件，实现了超导供电线的两端开关控制，在超导供电发生问题或超导供电线需要检修时，只需控制两端开关的开闭，即可灵活的切换供电方式，供电灵活且供电稳定性好。

(3)超导供电线输出开关组件包括串联式开关组件，串联式开关组件通过多个相互串联的超导供电线输出开关，实现与原有的所有的供电线路的连接，这种连接方式开关数量少，站内电气布置简单，在传统供电系统本身的结构简单且超导供电线路较为稳定时，采用这种串联式开关组件的方式进行连接，可以在最低成本下实现较好的超导供电效果。

(4)超导供电线输出开关组件包括并联式开关组件，通过一个总控制开关，与多个并联的超导供电线输出开关连接，每一个超导供电线输出开关均与原有的一个启用供电仓位所连接的供电线路所连接，这种连接方式虽然开关数量较多，但是并联的结构使得各个线路之间干扰小，在超导供电线故障或者检修过程中，只需断开总控制开关即可，因此保护动作简单，供电可靠性高，在传统供电系统本身结构复杂或超导供电线路不稳时，采用这种并联式开关组件的方式进行连接，可以实现稳定的供电效果，提升用户供电体验。

(5)总控制开关和超导供电线输出开关之间还设有超导供电延长线，通过延长线的设置，可以进一步提高超导供电的效果，提高供电系统的总效率。

(6)根据传统供电系统的实际情况，选择设置串联式开关组件或并联式开关组件，设置方式灵活，实用性强。

附图说明

图1为本实施例中采用并联式开关组件的基于超导线路的供电系统的结构示意图；

图2为本实施例中采用串联式开关组件的基于超导线路的供电系统的结构示意图；

图3为本实施例中传统的供电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种基于超导线路的供电系统，包括传统供电系统和超导供电线路模块，超导供电线路模块的第一端通过传统供电线路内的备用供电仓位与传统供电线路内的供电母线连接，超导供电线路模块的第二端与用户的供电线路接入端连接。

其中，超导供电线路模块包括超导供电线、超导供电线输入开关和超导供电线输出开关组件，超导供电线输入开关位于超导供电线的第一端，通过备用供电仓位与供电母线连接，超导供电线输出开关组件位于超导供电线的第二端，与用户的供电线路接入端连接。超导供电线输出开关组件包括串联式开关组件或并联式开关组件，根据实际情况进行选择。

串联式开关组件包括多个相互串联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线输出开关的输出端均分别与下一个超导供电线输出开关的输入端和相应的用户的供电线路连接，第一个超导供电线输出开关的输入端与超导供电线的第二端连接。超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。

并联式开关组件包括总控制开关和多个相互并联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线开关的输入端均与总控制开关的输出端连接，每一个超导供电线开关的输出端均与相应的用户的供电线路连接，总控制开关的输入端与超导供电线的第二端连接。超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。总控制开关与超导供电线输出开关之间还设有超导供电延长线，超导供电延长线的第一端与总控制开关的输出端连接，超导供电延长线的第二端与多个并联供电线连接，并联供电线的数量与超导供电线输出开关的数量相等，每一个所述并联供电线均与相应的超导供电线输出开关的输入端连接。

基于上述结构，本实施例中以某220kV变电站的35kV母线的传统供电系统为例，来进行超导供电线路的布置，具体情况如下：

如图3所示，本实施例中，该传统供电系统中，220kV站点的35kV母线为5个仓位，其中4回启用，1回备用，本实施例中超导线路最长不超过1km，输送容量可达121MVA。因此在站外建设超导站点，利用超导线路替代该4回启用仓位对应的出线为用户送电。按《上海电网规划设计技术导则》的规定，每回35kV出线导线截面可选择为3*400mm2或双拼3*400mm2，每回线路输送容量约在21.7MVA～43.4MVA。采用超导线路之后，由第5回备用仓位出超导线路，35kV超导线路输送容量按121MVA左右，电流按2000A考虑，可以替代3～4回常规35kV线路。

采用并联式开关组件实现的供电系统最终如图1所示，从图中可以看出，在原有的备用供电仓位上，通过超导供电线输入开关接入超导供电线，超导供电线的另一端连接有总控制开关，总控制开关再与一段超导供电线连接后，再通过正常的输电线分别连接四个并联的超导供电线输出开关，这四个并联的超导供电线输出开关，每一个均与相应的启动仓位上的传统的用户供电线路并行，每个供电线路上均设置一个常闭的开关，每个超导供电线输出开关均与一个相应的常闭的开关连接，而原有的传统供电线路不变且同样连接至常闭的开关，不过将其启用仓位上的开关改为常开状态，则在超导供电线处于正常的状态下，供电系统的供电方式改为超导线路供电，在超导线路出现故障或发生检修时，首先断开超导供电线输入开关和总控制开关，此时超导供电线停止输电，且各个启用仓位上的供电线路互不影响，只需闭合处于常开状态的开关，即可实现供电方式的切换。

从上述系统和操作中可以看出，采用并联式开关组件的供电系统，突出的优点在于在超导线路出现问题需要切换供电方式时，只需断开两个开关即可实现超导线路的断开，操作简单且反应迅速，因此安全性能高；然而也具有明显的缺点，即整个系统需要的开关数量多，结构较为复杂，因此该系统更加适用于原有的供电系统规模大、电路结构较为复杂且超导供电方式不稳定的情况。

采用串联式开关组件实现的供电系统最终如图2所示，从图中可以看出，在原有的备用供电仓位上，通过超导供电线输入开关接入超导供电线，超导供电线的另一端依次连接有四个串联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线输出开关的输出端均与用户的一个与启用仓位连接的供电线路连接，且每个供电线路上均设置一个常闭的开关，原有的传统供电线路不变，不过将其启用仓位上的开关改为常开状态，而超导供电线输入开关处于常闭状态，则在超导供电线处于正常的状态下，供电系统的供电方式改为超导线路供电，在超导线路出现故障或发生检修时，首先需要断开超导供电线输入开关和第一个超导供电线输出开关，但是需要注意的是，如果不断开其他的超导供电线输出开关，则不同的启用仓位所对应的供电线路之间将会互相影响，因此需要将所有剩余的超导供电线输出开关关闭后，再闭合设在原有供电线路上的开关，实现供电方式的切换，保证电力系统的稳定。

从上述系统结构和操作过程中可以看出，采用串联式开关组件的供电系统，突出的优点在于设置的开关数量少，系统结构简单；然而也具有明显的缺点，即在超导供电线路出现问题需要切换供电方式时，操作复杂且耗时时间长，因此在安全性上有所欠缺，因此该系统更加适用于原有的供电系统规模小、电路结构较为简单且超导供电方式稳定的情况。

除了上述两种供电系统的结构以外，也可以通过其他的方式实现超导线路的供电，最主要的在于利用现有供电系统中的备用线路作为超导供电线路方式，无需废弃当前的供电系统，充分利用了供电系统的资源即可。上述两种实现方式中，由于目前超导供电仍处于发展中的阶段，不够成熟，而且大部分的供电站本身的结构都是错综复杂的，因此一般采用并联式开关组件的供电系统会达到更好的效果。

Claims (6)

1.一种基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述供电系统包括传统供电系统和超导供电线路模块，所述超导供电线路模块的第一端通过传统供电线路内的备用供电仓位与传统供电线路内的供电母线连接，所述超导供电线路模块的第二端与用户的供电线路接入端连接，所述超导供电线路模块包括超导供电线、超导供电线输入开关和超导供电线输出开关组件，所述超导供电线输入开关位于超导供电线的第一端，通过备用供电仓位与供电母线连接，所述超导供电线输出开关组件位于超导供电线的第二端，与用户的供电线路接入端连接，所述超导供电线输入开关为常闭状态，所述超导供电线输出开关组件为常闭状态且与相应的常闭开关连接，所述传统供电系统中的启用仓位上的开关为常开状态，

其中，所述超导供电线输出开关组件包括串联式开关组件，所述串联式开关组件包括多个相互串联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线输出开关的输出端均分别与下一个超导供电线输出开关的输入端和相应的用户的供电线路连接，第一个超导供电线输出开关的输入端与超导供电线的第二端连接，则在所述超导供电线处于正常的状态下，所述供电系统的供电方式为超导线路供电，在所述超导线路出现故障或发生检修时，需要先断开所述超导供电线输入开关和第一个超导供电线输出开关，然后将所有剩余的超导供电线输出开关关闭，再闭合设在所述传统供电线路上的开关，实现供电方式的切换。

2.根据权利要求1所述的基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。

3.根据权利要求1所述的基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述超导供电线输出开关组件还包括并联式开关组件。

4.根据权利要求3所述的基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述并联式开关组件包括总控制开关和多个相互并联的超导供电线输出开关，每一个超导供电线开关的输入端均与总控制开关的输出端连接，每一个超导供电线开关的输出端均与相应的用户的供电线路连接，所述总控制开关的输入端与超导供电线的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述超导供电线输出开关的数量与传统供电系统内启用供电仓位的数量相等。

6.根据权利要求4所述的基于超导线路的供电系统，其特征在于，所述总控制开关与超导供电线输出开关之间还设有超导供电延长线，所述超导供电延长线的第一端与总控制开关的输出端连接，所述超导供电延长线的第二端与多个并联供电线连接，所述并联供电线的数量与超导供电线输出开关的数量相等，每一个所述并联供电线均与相应的超导供电线输出开关的输入端连接。