CN110211765B - 一种超导限流变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超导限流变压器，该超导限流变压器主要由一次侧超导绕组(10)、二次侧超导绕组(15)、玻璃钢低温容器(14)和常规铁心(16)组成，并且一次侧超导绕组(10)在外侧、二次侧超导绕组(15)在内侧，一次侧超导绕组(10)与二次侧超导绕组(15)同轴组装，安置于环形玻璃钢低温容器(14)中，低温容器(14)与其内的超导绕组同心地套于铁心(16)上。本发明所述超导限流变压器兼具限流器和变压器的功能，一次侧超导绕组并联的不锈钢带材与二次侧超导绕组的不锈钢丝骨架均能在系统发生故障时起到分流的作用，具有很高的动态稳定性。

Description

一种超导限流变压器
技术领域
本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种超导限流变压器。
背景技术
随着经济的快速发展，电网容量不断扩大，系统短路电流随之增加，为了保证电力系统故障时的暂态稳定性，传统变压器的电抗已较之前增加20％，可以起到限制短路电流上升率的作用，但变压器的高电抗会影响电力系统正常状态时的传输容量和静态稳定性，同时增加变压器的制造成本和运行中的损耗。
鉴于此，本专利提出一种超导限流变压器，其兼具变压器和限流器的功能。当电力系统稳定运行时，超导限流变压器处于低阻抗状态，从而提高电力系统的静态稳定性和传输容量；当电力系统发生故障时，由于超导绕组失超，阻抗增加，达到限制短路故障电流的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导限流变压器结构，其特征在于：包括一次侧超导绕组(10)、二次侧超导绕组(15)、玻璃钢低温容器(14)和常规铁心(16)，所述一次侧超导绕组(10)与二次侧超导绕组(15)同轴组装，套于常规铁心(16) 上，并且所述一次侧超导绕组(10)在二次侧超导绕组(15)外侧。
进一步地，所述一次侧超导绕组(10)采用失超电阻率较高、高载流的第二代高温超导带材(3)与不锈钢带材(2)并联绕制在绝缘骨架(1)上，且所述第二代高温超导带材(3)与不锈钢带材(2)外侧均使用绝缘材料包覆。
进一步地，所述第二代高温超导带材(3)可以为ReBa2Cu3O7–δ(ReBCO) 材料，其中Re可被任一稀土元素代替，优选Re为钇(Y)、钆(Gd)或钐(Sm)等。其中，YBCO是目前研究最多，并已成功实现商品化的第二代高温超导材料，是最主要的应用形式。这种材料可在液氮(77K)制冷环境中使用，具有更高的载流能力。
进一步地，所述二次侧超导绕组(15)是由第二代高温超导带材(3)绕制在扭绞不锈钢丝股线(4)形成的骨架上，制成不锈钢线芯的绕组电缆导体(6)，且所述绕组电缆导体(6)外侧使用绝缘材料进行包覆，再将所述绕组电缆导体 (6)绕制在绝缘骨架(5)上所形成的。
进一步地，在所述一次侧超导绕组(10)与所述二次侧超导绕组(15)的上端放置绕组上盖板(9)，并在其下端放置绕组下盖板(17)；用拉螺杆(11) 将所述绕组上盖板(9)和绕组下盖板(17)固定；将所述一次侧超导绕组(10) 与所述二次侧超导绕组(15)引线分别与常规导体焊接在一起，然后再将其分别从高压套管(7)和低压套管(12)中引出，然后放入玻璃钢低温容器(14)中，并在玻璃钢低温容器(14)和盖板(13)的结合面上涂抹耐低温绝缘材料，将所述盖板(13)盖上；最后用紧固螺栓(8)将所述玻璃钢低温容器(14)和所述盖板(13)紧固，套在常规铁心(16)上。
本发明提供的超导限流变压器主要由一、二次侧超导绕组、玻璃钢低温容器和常规铁心组成。铁心穿过玻璃钢低温容器的中心室温空间，低温容器与其内的超导绕组同心地套装于铁心上，铁心运行于室温温度，低温容器中环形空间用于安装超导绕组后充入低温介质。限流变压器一次侧超导绕组由不锈钢带材和第二代高温超导带材并联绕制在绝缘骨架上，两种带材外侧均使用绝缘材料包覆；二次侧超导绕组将高温超导带材绕制在以不锈钢丝为中心的骨架上，制成绕组电缆导体，外层使用绝缘材料进行包覆，再将电缆导体绕制在绝缘骨架上；低温容器采用玻璃钢低温容器，由壳体和盖板组成，壳体各层之间保持真空状态，铁心采用导磁材料制成。当系统正常运行时，超导限流变压器绕组处于无阻的超导态，损耗小、绕组体积小的特点能提高电力系统的静态稳定性和传输容量。当系统发生故障时，短路电流超过超导绕组的临界电流，使得超导绕组失超，绕组由超导态变成正常态，绕组阻抗迅速增大，遏制大的故障电流。同时，由于一次侧绕组为不锈钢带材与超导带材并联绕制而成，二次侧绕组是由扭绞不锈钢股线和超导带材绕制而成的电缆导体绕制，绕组失超时，不锈钢带材和扭绞不锈钢股线可以起到分流作用，保护超导绕组。
本发明的有益效果：首先，超导限流变压器同时具有限流器和变压器的双重功能，当系统正常运行时，超导变压器因其损耗小、绕组体积小的特点，能提高电力系统的静态稳定性和传输容量；当系统发生故障时，由于绕组的失超，起限流作用，从而改善电力系统的暂态稳定性。其次，超导限流变压器一次侧超导绕组并联的不锈钢带材与二次侧超导绕组的不锈钢丝骨架均能在系统发生故障时起到分流的作用，保护超导带材不被损坏。此外，一次绕组不锈钢带材和二次绕组中的扭绞不锈钢股线还起到机械加强作用。
附图说明
图1为本发明所述超导限流变压器一次侧绕组导体示意图；
图2为本发明所述超导限流变压器一次侧绕组绕制结构示意图；
图3为本发明所述超导限流变压器二次侧绕组电缆导体示意图；
图4为本发明所述超导限流变压器二次侧绕组绕制结构示意图；
图5为本发明所述超导限流变压器结构示意图。
附图标记：1绝缘骨架，2不锈钢带材，3第二代高温超导带材，4扭绞不锈钢丝股线，5绝缘骨架，6绕组电缆导体，7高压套管，8紧固螺栓，9绕组上盖板，10一次侧超导绕组，11拉螺杆，12低压套管，13盖板，14玻璃钢低温容器，15二次侧超导绕组，16常规铁心，17绕组下盖板
具体实施方式
本发明提供一种超导限流变压器，下面结合附图及实施案例对本发明作进一步说明。
图1所示为变压器一次侧绕组导体示意图，所示一次侧绕组导体采用不锈钢带材2和第二代高温超导带材3并联绕制的形式。
图2所示为变压器一次侧绕组绕制结构示意图，所示一次侧绕组是将图1 所示的绕组导体绕制在绝缘骨架1上，两种带材外侧均使用绝缘材料包覆。
图3所示为变压器二次侧绕组电缆导体示意图，所示绕组电缆导体是将第二代高温超导带材3绕制在扭绞不锈钢丝股线4的骨架上，制成不锈钢线芯的绕组电缆导体6，电缆导体外侧使用绝缘材料进行包覆。示意图中仅以绕制一层高温超导带材为例，本发明也可根据需要绕制多层超导带材。
图4所示为变压器二次侧绕组绕制结构示意图，是将图3绕制而成的不锈钢线芯的绕组电缆导体6绕制在绝缘骨架5上，制成二次侧超导绕组。
图5所示为超导限流变压器结构示意图，将限流变压器一次侧超导绕组10、二次侧超导绕组15分别按照图2、图4的方式绕制；在限流变压器绕组的上端放置绕组上盖板9，在其下端放置绕组下盖板17；再用拉螺杆11将限流变压器的绕组上盖板9和绕组下盖板17固定，从而紧固超导绕组，防止其发生移动；将一、二次侧超导绕组引线分别从高压套管7和低压套管12中引出。将上述部分放入玻璃钢低温容器14中，在玻璃钢低温容器14和盖板13的结合面上涂抹耐低温绝缘材料，将盖板13盖上；最后用紧固螺栓8将玻璃钢低温容器14和盖板13紧固。将超导绕组部分套在常规铁心16上，闭合铁心16，即组装成一台超导限流变压器。
上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种超导限流变压器，其特征在于，包括一次侧超导绕组(10)、二次侧超导绕组(15)、玻璃钢低温容器(14)和常规铁心(16)，所述一次侧超导绕组(10)与二次侧超导绕组(15)同轴组装，套于常规铁心(16)上，并且所述一次侧超导绕组(10)在二次侧超导绕组(15)外侧；其中，所述一次侧超导绕组(10)采用失超电阻率较高、高载流的第二代高温超导带材(3)与不锈钢带材(2)并联绕制在绝缘骨架(1)上，且所述第二代高温超导带材(3)与不锈钢带材(2)外侧均使用绝缘材料包覆；所述二次侧超导绕组(15)是由第二代高温超导带材(3)绕制在扭绞不锈钢丝股线(4)形成的骨架上，制成不锈钢线芯的绕组电缆导体(6)，且所述绕组电缆导体(6)外侧使用绝缘材料进行包覆，再将所述绕组电缆导体(6)绕制在绝缘骨架(5)上所形成的；在所述一次侧超导绕组(10)与所述二次侧超导绕组(15)的上端放置绕组上盖板(9)，并在其下端放置绕组下盖板(17)；用拉螺杆(11)将所述绕组上盖板(9)和绕组下盖板(17)固定；将所述一次侧超导绕组(10)与所述二次侧超导绕组(15)引线分别与常规导体焊接在一起，然后再将其分别从高压套管(7)和低压套管(12)中引出，然后放入玻璃钢低温容器(14)中，并在玻璃钢低温容器(14)和盖板(13)的结合面上涂抹耐低温绝缘材料，将所述盖板(13)盖上；最后用紧固螺栓(8)将所述玻璃钢低温容器(14)和所述盖板(13)紧固，套在常规铁心(16)上，其中第二代高温超导带材(3)为ReBa2Cu3O7–δ(ReBCO)材料，其中Re可被任一稀土元素代替，且Re为钇(Y)、钆(Gd)或钐(Sm)等。
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