CN108649547A - 一种电阻型高温超导故障限流器 - Google Patents
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Abstract
一种电阻型高温超导故障限流器，包括超导无感绕组(2)、液氮循环容器(3)、液氮泵(4)、气体腔(5)、小放空阀(6)、大放空阀(7)和电流引线(8)。液氮泵(4)安装在液氮循环容器(3)的底部；液氮循环容器(3)顶端的端板上并列安装小放空阀(6)和大放空阀(7)，小放空阀(6)和大放空阀(7)同为液氮运行中的压力调节和控制配件。超导无感绕组(2)和电流引线(8)的一端连接，电流引线(8)的这一端与超导无感绕组(2)安装在液氮循环容器(3)中。电流引线(8)的另一端引出液氮循环容器(3)外和电网连接。本发明通过液氮循环容器和液氮泵，强迫液氮流动把包裹在超导无感绕组上的气泡快速带走。
Description
技术领域
本发明涉及一种电阻型故障限流器。
背景技术
随着国民经济的快速发展，我国电网规模不断增大和互联程度不断提高，风能等可再生能源的并网比例也逐步增大。同时，电网的稳定性问题也变得日益严重，电网的安全性和可靠性正在承受巨大的压力，短路故障是危及电力系统安全、导致巨大经济损失的严重故障之一。基于第二代高温超导带材的电阻型高温超导限流器利用高温超导体的失超电阻限流，可以有效的解决上述问题，具有很好的应用与市场前景。专利ZL201210057470.2和ZL201210057511.8公开了利用第二代高温超导带绕制的无感线圈的两种主要结构。电阻型超导限流器是通过过电流自动触发，无感超导绕组自动呈现电阻进行限流。在这个过程中，超导绕组以巨大的功率产生焦耳热，例如限流电阻2欧姆，限制短路电流40kA，瞬时生热功率高达3200MW，这个热量导致温超导无感绕组瞬间升温、周边制冷剂-液氮迅速汽化。在液氮不流动的情况下，大量气泡包裹在超导绕组外围，严重阻隔绕组继续散热，极易过热烧坏超导带材；由于氮气的绝缘强度远低于液氮的，还容易破坏绕组系统的绝缘性能。这对电阻型超导限流器的应用危害非常大，破坏性很强。
发明内容
本发明的目的是克服电阻型超导限流器在故障限流和正常运行时，由于焦耳热导致的绕组过热损坏和绝缘性能退化的缺陷，提出一种电阻型高温超导限流器。本发明可提高电阻型超导限流器超导无感绕组运行和故障限流的可靠性和安全性。
本发明主要包括超导无感绕组、液氮循环容器、液氮泵、放空阀和电流引线等部件。液氮循环容器与液氮泵组成低温制冷剂——液氮的循环冷却组件。放空阀安装在液氮循环容器的最顶端，是液氮运行中压力调节和控制配件。超导无感绕组和电流引线的一端连接，安装在液氮循环容器中，电流引线的另一端引出液氮循环容器外和电网连接。
所述的超导无感绕组由松绕饼式无感线圈串并联而成，或由桶式单层无感线圈同轴内外嵌套而成，是电阻型超导限流器中承载运行电流和过电流触发，呈现电阻故障限流的功能部件。所述的液氮循环容器是保温液氮容器，为超导无感绕组提供低温运行环境和液氮循环路径。所述的液氮泵是液氮在液氮循环容器内循环流动的动力驱动装置；所述的放空阀是电阻型超导限流器在正常运行和故障限流时的气体压力释放和调节装置。所述的电流引线是超导无感绕组与电网连接的过渡部件。
本发明的超导无感绕组垂直安装在气体腔下方的液氮循环容器腔体内；在液氮泵的驱动下，液氮垂直向上流过超导无感绕组，把超导无感绕组运行和故障限流产生的气泡带走，气体聚集到超导无感绕组上方的气体腔内。气体腔与放空阀联通，气体腔的压力在达到限定值后，通过放空阀释放压力。
本发明通过电流引线串接在电网中，在正常运行时，运行电流无阻地流过超导无感绕组。在电网发生短路故障时，由于超导无感绕组的运行损耗或故障限流产生的巨大热量，汽化的气体包裹着超导无感绕组，严重影响超导无感绕组的散热和绝缘性能。在液氮泵的驱动下，通过液氮的强迫流动，把包裹在超导无感绕组上的气泡快速带走，使超导无感绕组与液氮充分接触，改善了散热效果；由于液氮的耐击穿能力是氮气的6-10倍，通过液氮的强迫流动把气泡带走改善了超导无感绕组的电绝缘性能。气体腔的压力在达到限定值后，通过放空阀释放压力，维持气体腔的压力在1个大气压以内。
本发明通过液氮循环容器和液氮泵，强迫液氮流动把包裹在超导无感绕组上的气泡快速带走，改善了散热效果和电绝缘性能，提高了超导无感绕组的故障限流能力，保证了在故障过电流冲击下超导无感绕组的安全性与稳定性。
附图说明
图1饼式无感线圈；
图2饼式无感电阻型限流器绕组，图中：1饼式无感线圈，2超导无感绕组；
图3饼式无感电阻型限流器结构图，图中：3液氮循环容器，4液氮泵，5气体腔，6小放空阀，7大放空阀，8电流引线，10补液口；
图4饼式无感电阻型限流器剖视图，图中：2超导无感绕组，3液氮循环容器，4液氮泵，5气体腔，6小放空阀，7大放空阀，8电流引线，9液氮流动方向，10补液口；13液氮液面；
图5桶式无感线圈；
图6桶式无感电阻型限流器剖视图，图中：3液氮循环容器，4液氮泵，5气体腔，6小放空阀，7大放空阀，8电流引线，9液氮流动方向，10补液口，11桶式单层无感线圈，12气囊，13液氮液面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明主要包括超导无感绕组2、液氮循环容器3、液氮泵4、气体腔5、小放空阀6、大放空阀7、电流引线8和补液口10等部件。液氮泵4安装在液氮循环容器3的底部，二者组成低温制冷剂——液氮的循环冷却组件，液氮循环容器3顶端的端板上并列安装小放空阀6和大放空阀7，二者同为液氮运行中压力调节和控制配件；超导无感绕组2和电流引线8一端安装在液氮循环容器3中，电流引线8的一端与超导无感绕组2连接，电流引线8的另一端引出液氮循环容器3外和电网连接；补液口10在液氮循环容器3的底部，用于液氮的输入和补充。
如图1和图2所示，所述的超导无感绕组2由松绕饼式无感线圈1并联而成。如图3和图4所示，所述的液氮循环容器3是保温液氮容器，为超导无感绕组2提供低温运行环境和液氮循环路径。液氮循环容器3的上方为气体腔5，气体腔5与液氮循环容器3连通。超导无感绕组2垂直安装在气体腔5下方的液氮循环容器3的腔体内；所述的液氮泵4是液氮在液氮循环容器3内循环流动的动力驱动装置；电阻型限流器在正常运行时，所述的小放空阀6维持气体腔5的压力在1个大气压以内；在电网短路故障限流时，所述的大放空阀7紧急释放气体腔5的压力，释放压力为5个大气压。所述的电流引线8是超导无感绕组2与电网连接的过渡部件。在液氮泵4的驱动下，液氮流动方向9垂直向上流过超导无感绕组2，把运行和故障限流产生的气泡带走，气体会聚集到超导无感绕组2上方的气体腔5内；气体腔5与小放空阀6和大放空阀7连通。
本发明通过电流引线8将超导无感绕组2串接在电网中，正常运行时工作电流无阻地通过超导无感绕组2。由于液氮循环容器3的漏热和超导无感绕组2的交流损耗导致少量液氮汽化形成气泡，在液氮泵4的驱动下，液氮流动方向9垂直向上流过超导无感绕组2，把形成的气泡带走并聚集在液氮液面13上方的气体腔5内，压力在达到限定值1个大气压后，小放空阀6自动释放压力。在短路故障时超导无感绕组2过电流触发即刻呈现电阻进行短路电流限制，同时生成的巨大热量，液氮瞬间大量汽化形成气泡包裹着超导无感绕组2，严重影响超导无感绕组2的散热和绝缘性能。通过液氮的强迫流动，把包裹在超导无感绕组2上的气泡快速带走，使超导无感绕组与液氮充分接触，改善了散热效果电绝缘性能；气体腔5的压力在达到小放空阀6限定值1大气压后释放压力，若压力继续上升达到5个大气压后大放空阀7开始释放压力。在气体腔5的压力低于5个大气压后大放空阀7关闭、压力低于1个大气压后小放空阀6关闭。
本发明超导无感绕组还可以采用如图5所示的桶式单层无感线圈11的结构。采用桶式单层无感线圈11时，液氮循环容器3的结构如图6所示，在桶式单层无感线圈11内嵌入气囊12，以减少液氮的体积并增加绕组处液氮的流速，本发明电阻型故障限流器的其他部件、结构和功能不变。
Claims (4)
1.一种电阻型高温超导故障限流器，其特征在于，所述的故障限流器包括超导无感绕组(2)、液氮循环容器(3)、液氮泵(4)、气体腔(5)、小放空阀(6)、大放空阀(7)、电流引线(8)和补液口(10)；液氮泵(4)安装在液氮循环容器(3)的底部，液氮泵(4)和液氮循环容器(3)组成液氮的循环冷却组件；液氮循环容器(3)顶端的端板上并列安装小放空阀(6)和大放空阀(7)，小放空阀(6)和大放空阀(7)同为液氮运行的压力调节和控制配件；超导无感绕组(2)和电流引线(8)的一端连接，电流引线(8)的这一端与超导无感绕组(2)安装在液氮循环容器(3)中，电流引线(8)的另一端引出液氮循环容器(3)外和电网连接；气体腔(5)位于液氮循环容器(3)的上部，液氮液面(13)的上方，气体腔(5)与液氮循环容器(3)连通，并与小放空阀(6)和大放空阀(7)连通；补液口(10)在液氮循环容器(3)的底部，用于液氮的输入和补充；所述的故障限流器正常运行时，小放空阀(6)维持气体腔(5)的压力在1个大气压以内；在电网短路故障限流时，所述的大放空阀(7)释放气体腔(5)的压力，释放压力为5个大气压；在液氮泵(4)的驱动下，液氮流动方向(9)垂直向上流过超导无感绕组(2)，把运行和故障限流产生的气泡带走，气体聚集到气体腔(5)内。
2.根据权利要求1所述的电阻型高温超导故障限流器，其特征在于，所述的超导无感绕组(2)垂直安装在气体腔(5)下方的液氮循环容器(3)腔体内。
3.根据权利要求1所述的电阻型高温超导故障限流器，其特征在于，所述的超导无感绕组(2)由松绕饼式无感线圈串并联而成，或由桶式单层无感线圈同轴内外嵌套而成。
4.根据权利要求3所述的电阻型高温超导故障限流器，其特征在于，所述的超导无感绕组为桶式单层无感线圈(11)时，桶式单层无感线圈(11)内嵌入气囊(12)。
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