CN114974795B - 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法 - Google Patents

一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114974795B
CN114974795B CN202210391555.8A CN202210391555A CN114974795B CN 114974795 B CN114974795 B CN 114974795B CN 202210391555 A CN202210391555 A CN 202210391555A CN 114974795 B CN114974795 B CN 114974795B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
current
leading
superconducting
limiting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210391555.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114974795A (zh
Inventor
项彬
张琦
李思熠
李宏旭
刘志远
王东宇
耿英三
王建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202210391555.8A priority Critical patent/CN114974795B/zh
Publication of CN114974795A publication Critical patent/CN114974795A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114974795B publication Critical patent/CN114974795B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法，该超导限流变压器具有变阻抗限流的新功能，包括低温杜瓦、高压绕组、低压绕组和快速开关。高压绕组和低压绕组浸泡在低温杜瓦内冷却液体中经引出抽头引出；低压绕组分为并联的主通流绕组和主限流绕组两部分，主通流绕组和主限流绕组为超导绕组，主限流绕组直接与引出抽头相连，主通流绕组通过引出端子(6)和快速开关(5)与引出抽头(4)串连；低压绕组每隔预设长度有互相绝缘的引出端子；快速开关与低压绕组的引出端子或空挡连接。本发明将快速开关接入超导变压器绕组，通过快速开关动作切除不同长度的超导带材，改变绕组拓扑结构，增大限流阻抗和限流率。

Description

一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法
技术领域
本发明涉及超导技术、变压器技术与开关技术领域，具体涉及一种使用快速开关改变超导变压器低压侧绕组连接方式和拓扑结构来实现变阻抗限流的超导限流变压器。
背景技术
随着电力需求的日益增加，电网的规模和输送容量不断增大，系统中的短路阻抗逐渐减小，使得系统的短路容量不断增加，甚至超过断路器的遮断容量，大规模更换更高开断能力的断路器成本昂贵。短路电流超标的另一个解决方式是使用短路电流限制器来限制短路电流。2019年，在传统措施基础上，国家电网公司仍有45处厂站短路电流超标。
随着我国高温超导材料的制备工艺和应用技术不断提高，其临界电流、机械性能等方面都得到了很大的改善，成本也逐渐降低，已实现了商业化生产。超导限流变压器作为高温超导强有力的应用成果，能在完成变压功能的同时在短路故障时通过超导绕组的失超实现限流，目前已有部分国内外学者进行了相关研究。然而目前超导限流变压器普遍限流能力较低，超导绕组全部失超会导致巨大的温升，对超导限流变压器的安全和稳定性造成影响。针对大容量高限流率的超导限流变压器相关的研究较少，而且现有超导限流变压器限流阻抗无法调节，超导限流变压器的研究仍有许多问题需要解决。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法，达到变阻抗限流和变压的目的。
为了达到上述目的，本发明采用下述设计方案实现：
一种变阻抗超导限流变压器，所述变阻抗超导限流变压器包括低温杜瓦1、高压绕组2、低压绕组3和快速开关5；高压绕组2和低压绕组3浸泡在低温杜瓦1内冷却液体中经引出抽头4引出；低压绕组3分为并联的主通流绕组10和主限流绕组11两部分，主通流绕组10和主限流绕组11为超导绕组，主限流绕组11直接与引出抽头4相连，主通流绕组10通过引出端子和快速开关5与引出抽头4串连；低压绕组3每隔预设长度有互相绝缘的引出端子；快速开关5与低压绕组的引出端子或空挡9连接；将快速开关接入超导变压器绕组，通过快速开关动作切除不同长度的超导带材，改变绕组拓扑结构，增大限流阻抗和限流率。
优选的，所述高压绕组2的连接方式为星形或三角形；高压绕组2采用铜绕组或超导绕组，当使用超导绕组时采用与低压绕组3同样的拓扑结构，通过快速开关动作改变限流阻抗。
优选的，所述低压绕组3的连接方式可为星形或三角形，超导绕组可选择但不限于钇钡铜氧氧化物YBCO或铋锶钙铜氧化物BSCCO等；主通流绕组10在快速开关5位于最外端引出端子时，全部通流变压，快速开关5动作到空挡9时全部被切除，此时限流率最大；主限流绕组11直接与引出抽头相连且长期通流，在短路故障时限流，根据限流率需要设计为相同或不同参数的超导带材。
优选的，所述快速开关5在正常工况位于最外端引出端子处，主通流绕组10全部接入电路，通过快速开关动作将不同组的引出端子短接，改变主通流绕组10接入电路的长度，增大限流阻抗，快速开关可以选择但不限于电力电子开关、快速真空开关或液氮开关等。
优选的，所述低压绕组的引出端子为每根超导带材每隔一定长度引出的一组端子，根据带材连接方式或限流率要求在超导带材的接头处或其他位置引出，不同端子之间绝缘，端子和端子引出线的材料可选但不限于超导带材或金属导体等。
所述的变阻抗超导限流变压器的工作方法，包括如下步骤：
步骤1：正常工况时，快速开关5位于最外端引出端子，全部绕组均通流变压；
步骤2：发生短路故障时，超导带材迅速失超，相应并初步限制短路电流，同时快速开关5根据短路电流的大小从最外端引出端子运动到次外端引出端子、内端某一端子或空挡9；
步骤3：步骤2所述快速开关5从最外端引出端子运动到次外端引出端子时，切除主通流绕组10在最外端引出端子与次外端引出端子之间的部分绕组，使超导绕组的限流阻抗增大，主通流绕组10未被切除部分通过快速开关5和次外端引出端子通流；
步骤4：步骤2所述快速开关5从最外端引出端子运动到内端某一端子时，切除主通流绕组10在最外端引出端子与内端某一端子之间的部分绕组，此时超导绕组的限流阻抗相对步骤3中更大，主通流绕组10未被切除部分通过快速开关5和内端某一端子通流；
步骤5：步骤2所述快速开关5从最外端引出端子运动到空挡9时，切除全部主通流绕组10使超导绕组的限流阻抗达到最大，仅主限流绕组11进行通流，同时限流率达到最大；
步骤6：限流后，由变压器连接的断路器完成剩余的短路电流切除，故障清除后，快速开关5动作回到最外端引出端子，并为下一次的工作做准备。
现在超导限流变压器的专利有：
—种利用液氮和氟碳混合液体绝缘介质冷却的超导限流变压器申请号202010375885.9；一种超导限流变压器申请号201910506006.9。上述两个专利与本申请的区别在于上述两个专利的超导限流变压器在限流过程中变压器绕组的限流阻抗不发生变化，无法针对不同短路电流工况。
与现有技术比，本发明达到的效果是：
本申请通过快速开关的动作，改变未直接与引出抽头相连的绕组接入电路的长度，在不增加超导材料的用量的前提下，能实现分级增大的绕组限流阻抗，实现变阻抗限流。
本申请能实现相对现有超导限流变压器最大M倍的限流阻抗(M≥1，低压侧使用M根带材并联)实现了更高的限流率。
附图说明
图1为本发明低压侧三相拓扑结构图。
图2为本发明低压侧a相拓扑结构图。
图3为快速开关接引出端子7时的电流路径图。
图4为快速开关接引出端子8时的电流路径图。
图5为快速开关接引出端子9时的电流路径图。
具体实施方法
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种变阻抗超导限流变压器，所述变阻抗超导限流变压器主要由低温杜瓦1、高压绕组2、低压绕组3和快速开关5组成。高压绕组2和低压绕组3浸泡在低温杜瓦1内冷却液体中经引出抽头4引出；低压绕组3分为并联的主通流绕组10和主限流绕组11两部分，主通流绕组10和主限流绕组11为超导绕组，主限流绕组11直接与引出抽头4相连，主通流绕组10通过引出端子和快速开关5与引出抽头4串连；低压绕组3每隔一定长度有互相绝缘的引出端子，本实施例有三个引出端子，分别为外端引出端子6、中间引出端子7和内端引出端子8；快速开关5可与低压绕组的外端引出端子6、中间引出端子7、内端引出端子8或空挡9连接。本发明将快速开关接入超导变压器绕组，通过快速开关动作切除不同长度的超导带材，改变绕组拓扑结构，增大限流阻抗和限流率。
如图2所示，正常工况时，快速开关5位于外端引出端子6，此时所有超导绕组都实现通流和变压功能。在短路故障时，快速开关5根据短路电流值动作到合适的引出端子处，将主通流绕组10逐步切除，增大限流阻抗，如图3、图4和图5所示，快速开关5从外端引出端子6分别运动到中间引出端子7、内端引出端子8、空挡9时，绕组失超后的限流阻抗依次增大，当快速开关5动作到空挡9时，切除整个主通流绕组10，此时限流阻抗最大，限流率最高。通过超导限流变压器将短路电流限制到一定范围后可由断路器开断，实现故障清除。在成功开断短路电流后，快速开关5重新动作到外端引出端子6处，将主通流绕组10重新接入，为断路器闭合重新通流和变压做准备。
超导材料具有良好的通流能力，且超导态为零电阻，无损耗，利用超导材料制成的超导变压器相比常规电力变压器，体积小、重量轻、效率高，将超导变压器与快速开关相结合，在不增加超导绕组用量的前提下，通过快速开关的不同连接方式和动作方式，实现部分超导绕组的投入和切除，在限流过程中增大超导绕组的限流阻抗，实现变阻抗限流。适用于各种交流输变电场合和对变压器体积要求严格的场合。与其他超导设备联合使用制冷系统时，还可进一步降低制冷成本。

Claims (5)

1.一种变阻抗超导限流变压器，其特征在于：所述变阻抗超导限流变压器包括低温杜瓦(1)、高压绕组(2)、低压绕组(3)和快速开关(5)；高压绕组(2)和低压绕组(3)浸泡在低温杜瓦(1)内冷却液体中经引出抽头(4)引出；低压绕组(3)分为并联的主通流绕组(10)和主限流绕组(11)两部分，主通流绕组(10)和主限流绕组(11)为超导绕组，主限流绕组(11)直接与引出抽头(4)相连，主通流绕组(10)通过引出端子和快速开关(5)与引出抽头(4)串连；低压绕组(3)每隔预设长度有互相绝缘的引出端子；快速开关(5)与低压绕组的引出端子或空挡(9)连接；将快速开关接入超导变压器绕组，通过快速开关动作切除不同长度的超导带材，改变绕组拓扑结构，增大限流阻抗和限流率；
所述的变阻抗超导限流变压器的工作方法，包括如下步骤：
步骤1：正常工况时，快速开关(5)位于最外端引出端子，全部绕组均通流变压；
步骤2：发生短路故障时，超导带材迅速失超，相应并初步限制短路电流，同时快速开关(5)根据短路电流的大小从最外端引出端子运动到次外端引出端子、内端某一端子或空挡(9)；
步骤3：步骤2所述快速开关(5)从最外端引出端子运动到次外端引出端子时，切除主通流绕组(10)在最外端引出端子与次外端引出端子之间的部分绕组，使超导绕组的限流阻抗增大，主通流绕组(10)未被切除部分通过快速开关(5)和次外端引出端子通流；
步骤4：步骤2所述快速开关(5)从最外端引出端子运动到内端某一端子时，切除主通流绕组(10)在最外端引出端子与内端某一端子之间的部分绕组，此时超导绕组的限流阻抗相对步骤3中更大，主通流绕组(10)未被切除部分通过快速开关(5)和内端某一端子通流；
步骤5：步骤2所述快速开关(5)从最外端引出端子运动到空挡(9)时，切除全部主通流绕组(10)使超导绕组的限流阻抗达到最大，仅主限流绕组(11)进行通流，同时限流率达到最大；
步骤6：限流后，由变压器连接的断路器完成剩余的短路电流切除，故障清除后，快速开关(5)动作回到最外端引出端子，并为下一次的工作做准备。
2.根据权利要求1所述的一种变阻抗超导限流变压器，其特征在于：所述高压绕组(2)的连接方式为星形或三角形；高压绕组(2)采用铜绕组或超导绕组，当使用超导绕组时采用与低压绕组(3)同样的拓扑结构，通过快速开关动作改变限流阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种变阻抗超导限流变压器，其特征在于：所述低压绕组(3)的连接方式可为星形或三角形，超导绕组采用钇钡铜氧氧化物YBCO或铋锶钙铜氧化物BSCCO；主通流绕组(10)在快速开关(5)位于最外端引出端子时，全部通流变压，快速开关(5)动作到空挡(9)时全部被切除，此时限流率最大；主限流绕组(11)直接与引出抽头相连且长期通流，在短路故障时限流，根据限流率需要设计为相同或不同参数的超导带材。
4.根据权利要求1所述的一种变阻抗超导限流变压器，其特征在于：所述快速开关(5)在正常工况位于最外端引出端子处，主通流绕组(10)全部接入电路，通过快速开关动作将不同组的引出端子短接，改变主通流绕组(10)接入电路的长度，增大限流阻抗，快速开关采用电力电子开关、快速真空开关或液氮开关。
5.根据权利要求1所述的一种变阻抗超导限流变压器，其特征在于：所述低压绕组的引出端子为每根超导带材每隔一定长度引出的一组端子，根据带材连接方式或限流率要求在超导带材的接头处或其他位置引出，不同端子之间绝缘，端子和端子引出线的材料采用超导带材或金属导体。
CN202210391555.8A 2022-04-14 2022-04-14 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法 Active CN114974795B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210391555.8A CN114974795B (zh) 2022-04-14 2022-04-14 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210391555.8A CN114974795B (zh) 2022-04-14 2022-04-14 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114974795A CN114974795A (zh) 2022-08-30
CN114974795B true CN114974795B (zh) 2023-08-01

Family

ID=82978513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210391555.8A Active CN114974795B (zh) 2022-04-14 2022-04-14 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114974795B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064542A (zh) * 2010-12-14 2011-05-18 东南大学 一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器
CN203932992U (zh) * 2014-04-11 2014-11-05 武汉大学 一种混合型磁通耦合超导故障限流器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09172206A (ja) * 1995-12-18 1997-06-30 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導限流器
CN101741074B (zh) * 2008-11-12 2012-11-14 苏俊连 船电故障电流限制装置
CN102522735A (zh) * 2011-12-07 2012-06-27 浙江大学 变阻抗自耦变压器型短路限流器
CN202840498U (zh) * 2012-07-30 2013-03-27 浙江大学 新型磁屏蔽空心变压器耦合桥式固态限流器
US10352304B2 (en) * 2013-12-18 2019-07-16 Ingeteam Power Technology, S.A. Variable impedance device for a wind turbine
CN206991931U (zh) * 2017-07-19 2018-02-09 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种具有高并网适应性的超导变压器
CN210957781U (zh) * 2019-11-06 2020-07-07 南京理工大学 一种基于感应型超导限流器的110kV变电站双母线系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064542A (zh) * 2010-12-14 2011-05-18 东南大学 一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器
CN203932992U (zh) * 2014-04-11 2014-11-05 武汉大学 一种混合型磁通耦合超导故障限流器

Also Published As

Publication number Publication date
CN114974795A (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Design and application of a superconducting fault current limiter in DC systems
Xiang et al. DC circuit breaker using superconductor for current limiting
Lee et al. Practical application issues of superconducting fault current limiters for electric power systems
Lee et al. Design and experiments of novel hybrid type superconducting fault current limiters
CN101741076B (zh) 一种基于ybco高温超导带材的短路故障限流器
Xiao et al. Recent progress of power application of superconductor in China
CN101789589B (zh) 一种混合型高温超导短路故障限流器
Aly et al. Comparison between resistive and inductive superconducting fault current limiters for fault current limiting
CN102217160A (zh) 故障电流超导限制器
Ivanov et al. Experimental studies of a high-temperature superconducting prototype transformer with current limiting function
CN114974795B (zh) 一种变阻抗超导限流变压器及其工作方法
Choi et al. Operational characteristics of hybrid-type SFCL by the number of secondary windings with YBCO films
Bock et al. Nexans superconducting fault current limiters for medium voltage applications—Status and prospects
Sotelo et al. A Novel Configuration for Resistive SFCL with bifilar 2G tapes
Park et al. Current limiting characterization by winding types in superconducting DC circuit breaker
Kim et al. The application of fault current limiter at Icheon substation in Korea
CN201887459U (zh) 一种具有自保护功能的复合型超导故障限流装置
Funaki et al. Recent activities for applications to HTS transformers in Japan
Wang et al. Saturated iron core superconducting fault current limiter
Lei et al. Type and characteristic analysis of fault current limiter
Jin et al. Development of HTS transformers
CN114844022A (zh) 一种快速开关型超导限流变压器及其工作方法
Jiang et al. Coil design of 200 MVA/200 kV DC superconducting fault current limiter by employing iron yoke
Zhang et al. Current limiting and recovery characteristics of an AC fast recovery superconducting fault current-limiting breaker
Chen et al. Prospective of applications of superconducting fault current limiters in Chinese power grids

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant