CN113054634A - 用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元 - Google Patents

用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元，包括：限流单元骨架、超导线圈、绝缘结构和非金属空隙条；超导线圈为由一根超导带绕制的双饼式结构，上饼与下饼均为涡状线结构，上饼与下饼的过渡段为螺旋线结构；超导线圈和绝缘结构缠绕在限流单元骨架上，绝缘结构位于每两个相邻的超导线圈之间，用于匝间绝缘；非金属空隙条固定于绝缘结构的两侧，且与每两个相邻的超导线圈接触，非金属空隙条为非金属空隙条为多列等距等高度的矩形条并列连接的支撑框架结构，用于增大并联超导带的换热面积。本限流单元可以更有效降低故障电流的上升速率和幅值，提高失超恢复的时间，在限流器受到电压冲击时，防止匝间击穿。

Description

用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元。
背景技术
随着电网容量和等级的不断提高，电网的短路电流也不断增加，极限情况下会超过断路器的开断容量。电网采用电抗器和超导限流器来降低短路电流，其中超导限流器由于正常运行时对电网影响小，系统发生故障时能迅速有效地限制故障电流，因此受到越来越多的关注。
在直流系统发生故障时，其短路情况更加复杂，且直流断路器的容量有限，超导直流限流器可以有效降低短路电流的大小。其中电阻型超导限流器结构紧凑，响应速度快，对限流效果明显，可应用在直流系统中。电阻型超导限流器一般为无感绕制，对电力系统发生故障时，含电感的超导限流器在故障限流过程中要优于无感型的电阻型超导限流器，电感降低故障电流上升的斜率，电阻限制故障电流的幅值，R+L的设计在故障限流中限流效果会优于只利用R或者L去限流的超导限流器。
因此，亟需设计一种用于有感式超导直流限流器的限流单元。
发明内容
本发明提供了一种用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元，通过设计双饼线圈的结构以应用于有感超导限流器中，减小故障电流的上升速率，提供一个更有效的限流效果，解决现有技术中存在的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元，包括：
限流单元骨架、超导线圈、绝缘结构和非金属空隙条；
所述的超导线圈为由一根超导带绕制的双饼式结构，上饼与下饼均为涡状线结构，上饼与下饼的过渡段为螺旋线结构；
所述超导线圈和绝缘结构缠绕在限流单元骨架上，所述绝缘结构位于每两个相邻的超导线圈之间，用于匝间绝缘；
所述非金属空隙条固定于绝缘结构的两侧，且与每两个相邻的超导线圈接触，所述非金属空隙条为多列等距等高度的矩形条并列连接的支撑框架结构，用于增大并联超导带的换热面积。
优选地，绝缘结构为绝缘片，用于对相邻超导带的匝间绝缘。
优选地，限流单元骨架包括上法兰、下法兰和内骨架，所述内骨架通过螺丝固定与上法兰和下法兰之间。
优选地，上饼与下饼之间还设置有绝缘材料，用于使上饼和下饼之间绝缘。
优选地，限流单元骨架上安装有两个电流引线，用于作为超导线圈的两个出口，与其他线圈进行连接。
优选地，非金属空隙条还填充有液氮，用于散热。
优选地，矩形条由多个等距离的矩形框组成。
由上述本发明的用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元提供的技术方案可以看出，本发明的双饼式有感超导限流单元采用双饼结构，可以减小超导限流器的体积，使超导限流单元内的非超导连接数量减少；由超导带材绕制成双饼线圈构成超导限流器的限流单元，超导带材的匝间采用非金属孔隙条，作为匝间绝缘，并能加大带材与液氮的接触面积，加速散热，在限流器正常运行时，超导带材能与液氮充分接触，在故障限流阶段，超导带材上下两面均与液氮直接接触，可以加快散热，减小限流单元内的热干扰，提高失超恢复的时间，在限流器受到电压冲击时，非金属孔隙条又可作为匝间绝缘，防止匝间击穿。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例的用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元结构示意图；
图2为为超导线圈结构示意图；
图3为超导线圈结构主视图；
图4为超导线圈和绝缘结构的结构示意图；
图5为非金属空隙条结构示意图；
图6为采用实施例的双饼式有感超导限流单元应用在有感式超导直流限流器与无感式超导直流限流器的故障电流的仿真结果示意图。
附图标记说明：
1上法兰 2内骨架 3下法兰 4超导线圈和绝缘结构 5螺丝 6电流引线 7超导带 8绝缘片 9非金属空隙条 10绝缘材料 11上饼 12下饼。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
实施例
图1为本实施例的用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元结构示意图，参照图1，该限流单元包括：限流单元骨架、超导线圈7、绝缘结构和非金属空隙条9。
限流单元骨架包括上法兰1、下法兰3和内骨架2，内骨架2通过螺丝5固定与上法兰1和下法兰3之间。
限流单元骨架上安装有两个电流引线6，用于作为超导线圈的两个出口，超导线圈的末端连接在电流引线6上，用于通过电流引线6与其他线圈进行连接。
图2为超导线圈结构示意图，图3为超导线圈结构主视图，参照图2和图3，超导线圈为由一根超导带绕制的双饼式结构，上饼11与下饼12均为涡状线结构，上饼11与下饼12的过渡段为螺旋线结构。
超导线圈7和绝缘结构缠绕在限流单元骨架上，绝缘结构位于每两个相邻的超导线圈之间，用于匝间绝缘。超导线圈7和绝缘结构由上法兰1和下法兰3上下固定。
图4为超导线圈和绝缘结构的结构示意图，参照图4，非金属空隙条9固定于绝缘结构的两侧，且与每两个相邻的超导线圈接触。图5为非金属空隙条结构示意图，参照图5，非金属空隙条9为多列等距等高度的矩形条并列连接的支撑框架结构，每个矩形条由多个等距离的矩形框组成，矩形条的高度即为非金属空隙条的厚度，非金属空隙条9为非金属材料制成的，通过中空的非金属空隙条用于增大并联超导带的换热面积，进而改善超导恢复时间。绝缘结构为绝缘片8，用于对并联的两个超导带绝缘，从而保证限流器的安全运行。
参照图1，超导线圈7的上饼与下饼之间还设置有绝缘材料10，用于使上饼和下饼之间绝缘。绝缘材料10的形状根据绝缘设计要求决定，可以为多种形状。
非金属空隙条9还填充有液氮，用于散热。
本实施例的双饼式有感超导限流单元结构用于直流系统，一方面，在正常运行时，电感对直流电路不会产生影响，超导带材处于超导态也不会对直流系统产生影响；另一方面，在故障限流阶段，电感可以降低故障电流的上升速率，超导带材失超恢复正常态，电阻可以降低故障电流的幅值，加速限流过程，对电流的抑制率也会提高。
以RLC震荡电源作为直流冲击源模拟直流系统的故障电流，其中电容C为8mF，电感L为0.2mH，R取0.3Ω，有感超导直流限流器的电感3.4mH,电阻R利用R-Q模型去建立，电阻R最大值约为7Ω，无感超导直流限流器的电阻与有感超导直流限流器的相同，给震荡冲击电源设置2kV的电压，利用MATLAB进行仿真，考虑绝热环境下其失超特性，得到采用本实施例的双饼式有感超导限流单元应用在有感式超导直流限流器与无感式超导直流限流器的故障电流的仿真结果如图6所示，通过图6可以看出，显然有感超导直流限流器利用R+L同时限流，电感的加入降低了短路电流的上升速率，对比无感超导直流限流器，采用本实施例的双饼式有感超导限流单元的有感超导直流限流器的短路电流最大值降低了28％，有明显的应用效果。
本领域技术人员应能理解，图1仅为简明起见而示出的各类元素的数量可能小于一个实际单元的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。
以上所述，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 (7)

1.一种用于有感式超导直流限流器的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，包括：
限流单元骨架、超导线圈、绝缘结构和非金属空隙条；
所述的超导线圈为由一根超导带绕制的双饼式结构，上饼与下饼均为涡状线结构，上饼与下饼的过渡段为螺旋线结构；
所述超导线圈和绝缘结构缠绕在限流单元骨架上，所述绝缘结构位于每两个相邻的超导线圈之间，用于匝间绝缘；
所述非金属空隙条固定于绝缘结构的两侧，且与每两个相邻的超导线圈接触，所述非金属空隙条为多列等距等高度的矩形条并列连接的支撑框架结构，用于增大并联超导带的换热面积。
2.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，所述绝缘结构为绝缘片，用于对相邻超导带的匝间绝缘。
3.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，所述限流单元骨架包括上法兰、下法兰和内骨架，所述内骨架通过螺丝固定与上法兰和下法兰之间。
4.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，上饼与下饼之间还设置有绝缘材料，用于使上饼和下饼之间绝缘。
5.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，所述限流单元骨架上安装有两个电流引线，用于作为超导线圈的两个出口，与其他线圈进行连接。
6.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，所述非金属空隙条还填充有液氮，用于散热。
7.根据权利要求1所述的双饼式有感超导限流单元，其特征在于，所述矩形条由多个等距离的矩形框组成。
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