CN114464389A - 一种超导限流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的超导限流装置，包括呈立方体的骨干支架、连接于骨干支架对称端面的弓形支架、超导线圈以及用于储纳冷却介质的外壳，所述骨架置于外壳内，所述超导线圈固定于弓形支架上。有益效果：使限流元件中电感分布均匀，从而保证分流的均衡性，避免超导限流单元因失超温度过高而被烧毁；并且具有性价比较高、超导材料用量较少、限流速度较快、限流效果较好且可独立配置、电感均匀性好、控制方式灵活、均流控制方便的特点。
Description
技术领域
本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种超导限流装置。
背景技术
超导限流器是多年以来人们在超导电力技术领域的研究焦点之一。现在不少电网的短路故障电流水平已经超出或即将超出现有线路断路器能够应对的范围，电网运行安全存在着很大隐患。短路故障电流过大已经成为目前世界上很多国家输、配电网面临的迫切需要解决的问题。另外高压直流输电，尤其是多端高压直流输电近些年发展迅速。与交流线路断路器相比，直流线路断路器的遮断容量与实际需要的差距更大，无法满足直流电网的建设需要。因此，无论是交流电网还是直流电网，目前都需求能够有效抑制故障短路电流水平的装置。
超导故障限流器作为一种有效的短路电流限制装置，正常运行时，对电网的影响很小；发生短路故障时，能在极短时间内有效地降低系统短路电流，迅速将短路电流限制到可接受的水平，进而使得对断路器开断容量的要求降低，避免电网中大的短路电流对电网和电气设备的安全稳定运行构成重大危害，提高电网稳定性，改善供电的可靠性和安全性。
以通流/限流元件的阻抗特性划分，超导故障限流器可分为电阻型超导限流器和电感型超导限流器。
电阻型超导限流器直接地利用了超导材料在超导态时电阻近似为零，但在故障电流的激励下瞬间从超导态转变为非超导态，失超后产生大电阻的特性，起到抑制故障电流的作用。其优点在于结构紧凑、响应速度快，稳态阻抗阻值较大，限流效果明显，一般情况下采用无感绕组的制作方式。但是由于其限流阻抗值较小，因而超导带材的使用量较大，且失超恢复时间较长，在故障限制过程中容易产生并积累焦耳热。
而电感型超导限流器，是在限制故障电流的过程中，利用电感来降低故障电流上升的斜率。其限流作用的起作用时间和失超恢复时间都更短，但正常工作时由于电感值较高，会导致能耗的增加和装置的压降，并且还会降低装置的限流能力。
含有电感的电阻型超导限流器则结合了以上两者优点，采用有感绕组的方式构建阻性超导限流元件，既可利用电阻限制故障电流的幅值，又能利用电感降低故障电流上升的斜率，其限流性能明显优于单一的电阻型或电感型超导限流器。但如果限流元件中电感分布不够均匀，就会影响到分流的均匀性，严重时还将导致超导限流单元因失超温度过高被烧毁。
因此，对于阻感型超导限流器，超导绕组为了保证与液氮的良好热交换，线圈无法实现密绕，会导致绕组内部结构强度大幅降低；避免限流元件电感分布不均匀引起限流器分流不均、或者超导限流元件失超温度过高被烧毁等严重事故，都是其高效应用于直流电力系统时亟待解决的问题。
中国实用新型专利CN212676012U公开了一种超导线圈组件，其不具备关于骨干支架平面对称分布的环形超导线圈绕组；其三组超导线圈绕组仅为防止故障的备用组件，不具备同时运行形成耦合电感，并根据不同的电连接方式达到调控均流的功能。
中国发明专利CN207052389U公开了一种超导限流器的线圈支撑紧固装置，但该装置仅用于单个超导线圈绕组，不具备利用多个线圈绕组及其不同组合方式实施电感耦合和调控的功能。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种用于超导故障限流器的超导限流元件及其制作方法，具有性价比较高、超导材料用量较少、限流速度较快、限流效果较好且可独立配置、电感均匀性好、控制方式灵活、均流控制方便等特点，本发明提出的技术方案为：
所述超导限流装置，包括呈立方体的骨干支架、超导线圈、连接于骨干支架对称端面的弓形支架以及用于储纳冷却介质的外壳，所述骨架置于外壳内，所述超导线圈固定于弓形支架上。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述骨干支架包括垂直设置的四根立柱与焊接在立柱间、水平设置的若干根层间横杆，所述层间横杆上设有用于固接弓形支架的固定结构。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述弓形支架的几何中心应处于同一垂直于弓形支架横截面的垂线上，骨干支架两侧的各个弓形支架几何中心所在的垂线关于骨干支架呈对称排列。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述固定结构为螺栓组件以及开设于骨干支架、弓形支架上相适配的螺孔。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述超导线圈包括：超导带与弓形线盘，所述弓形线盘固接于弓形支架上，超导带在弓形线盘的同一平面内由内向外逐圈同向绕制。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述弓形线盘由弓形上法兰与弓形下法兰固接组成。
所述超导限流装置的进一步设计在于，盘绕于不同弓形支架的各个超导线圈之间设有用于预防超导线圈之间出现匝间击穿的绝缘层。
所述超导限流装置的进一步设计在于，弓形支架上设有用于贯通冷却介质的通孔。
所述超导限流装置的进一步设计在于，所述骨干支架上对应于每个弓形支架还固接有至少两个用于与电流引线以及超导带电性连接的铜块，通过选择性地电性连接各铜块，形成各绕向的超导线圈以及对应的电感值。
所述超导限流装置的进一步设计在于，层间横杆间还固接有绝缘材质制成的加强筋。
本发明的有益效果为：
本发明的超导限流装置的对称分布的弓形支架使限流元件中电感分布均匀，从而保证分流的均衡性，避免超导限流单元因失超温度过高而被烧毁；并且具有性价比较高、超导材料用量较少、限流速度较快、限流效果较好且可独立配置、电感均匀性好、控制方式灵活、均流控制方便的特点。
附图说明
图1为本发明的超导限流装置的结构示意图。
图2为弓形支架、超导线圈的位置关系以及结构示意图。
图3为弓形支架与骨干支架连接端面示意图。
图4为弓形支架与骨干支架连接端面示意图。(另一种连接方式)
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1，本实施例的超导限流装置，主要由呈立方体的骨干支架2、超导线圈4、连接于骨干支架1对称端面的弓形支架3以及用于储纳冷却介质的外壳1组成。骨架置于外壳内，超导线圈4固定于弓形支架3上。
本实施例的骨干支架包括垂直设置的四根立柱23与焊接在立柱间、水平设置的若干根层间横杆24，层间横杆24上设有用于固接弓形支架3的固定结构。本实施例的固定结构为螺栓组件以及开设于骨干支架、弓形支架上相适配的螺孔。
本实施例的弓形支架3的几何中心应处于同一垂直于弓形支架3横截面的垂线上。骨干支架2两侧的各个弓形支架3几何中心所在的垂线关于骨干支架2呈对称排列。
本实施例的超导线圈4主要由超导带42与弓形线盘41组成。弓形线盘41固接于弓形支架3上，超导带42在弓形线盘41的同一平面内由内向外逐圈同向绕制。单个超导线圈4的绕组方式为本领域技术人员的惯用技术手段在此不再赘述，以弓形支架3外部的一个有宽度的圈示意，参见图2。
本实施例的弓形线盘41由弓形上法兰411与弓形下法兰412固接组成。
本实施例在盘绕于不同弓形支架的各个超导线圈4之间还设有用于预防超导线圈4之间出现匝间击穿的绝缘层。
为了增加包含液氮等冷却介质的流通性，弓形支架3上设有通孔31。
本实施例的骨干支架2上对应于每个弓形支架3还固接有四个用于与电流引线5以及超导带42电性连接的铜块22，通过选择性地电性连接各铜块22，形成各绕向的超导线圈4以及对应的电感值，分别参见图3、图4所示的两种外接方式。
本实施例的骨干支架2还设有用于绝缘的环氧树脂层；层间横杆24间还固接有绝缘材质制成的加强筋21，以改善骨干支架2的受力。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种超导限流装置，其特征在于包括呈立方体的骨干支架、连接于骨干支架对称端面的弓形支架、超导线圈以及用于储纳冷却介质的外壳，所述骨架置于外壳内，所述超导线圈固定于弓形支架上。
2.根据权利要求1所述的超导限流装置,其特征在于所述骨干支架包括垂直设置的四根立柱与焊接在立柱间、水平设置的若干根层间横杆，所述层间横杆上设有用于固接弓形支架的固定结构。
3.根据权利要求2所述的超导限流装置，其特征在于所述弓形支架的几何中心应处于同一垂直于弓形支架横截面的垂线上，骨干支架两侧的各个弓形支架几何中心所在的垂线关于骨干支架呈对称排列。
4.根据权利要求2所述的超导限流装置，其特征在于所述固定结构为螺栓组件以及开设于骨干支架、弓形支架上相适配的螺孔。
5.根据权利要求1所述的超导限流装置，其特征在于所述超导线圈包括：超导带与弓形线盘，所述弓形线盘固接于弓形支架上，超导带在弓形线盘的同一平面内由内向外逐圈同向绕制。
6.根据权利要求5所述的超导限流装置，其特征在于所述弓形线盘由弓形上法兰与弓形下法兰固接组成。
7.根据权利要求1所述的超导限流装置，其特征在于盘绕于不同弓形支架的各个超导线圈之间设有用于预防超导线圈之间出现匝间击穿的绝缘层。
8.根据权利要求1所述的超导限流装置，其特征在于弓形支架上设有用于贯通冷却介质的通孔。
9.根据权利要求1所述的超导限流装置，其特征在于所述骨干支架上对应于每个弓形支架还固接有至少两个用于与电流引线以及超导带电性连接的铜块，通过选择性地电性连接各铜块，形成各绕向的超导线圈以及对应的电感值。
10.根据权利要求1所述的超导限流装置，其特征在于所述层间横杆间还固接有绝缘材质制成的加强筋。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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