CN1728495A - 快速限流型超导故障限流器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速限流型超导故障限流器，包括：铁心组，包括两个及两个以上成对的相同的口字形铁心，均由硅钢片裁剪叠合而成；交流绕组，分别套设在口字形铁心的铁心柱外，每一相的所有交流绕组相互串联后，串接在交流电网中；超导直流绕组，包围所有铁心的内侧铁心柱，并与恒流直流电源相接；短路辅助绕组，放置在超导直流绕组的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组匹配；感应断路器，接在超导直流绕组的直流回路中；杜瓦，为一低温容器，将所述的超导直流绕组全部容置于其真空腔中。快速限流型超导故障限流器响应迅速，限制短路电流速度快，而且结构简单，运行安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种短路电流限制技术，主要应用于电力输配电设备的保护，特别是一种快速限流型超导故障限流器。
背景技术
随着国民经济的迅速发展，电力工业也在迅速发展，人们对电能的需求日益增长，同时对供电的可靠性以及供电质量的要求也越来越高。因此电网联系紧密，结构加强，环网增多，电网向超大规模方向发展，使电网的容量越来越大。电力系统的高速发展导致了系统短路电流水平急剧增加，短路电流水平的增加不仅对电网的稳定运行带来更大的威胁，而且使原有开关设备的遮断容量不能满足系统发展的要求。
目前国内外电力系统限制短路电流措施主要有：(1)增大主系统到配电设备间的阻抗，如采用高阻抗变压器；中性点经小电抗接地限制单相短路电流等。(2)改变系统运行方式来限制短路电流，如分割母线、分割系统以及对具有大容量机组的电厂采用单元接线等。
然而，上述方法实现起来都有一定的局限性，如采用高阻抗变压器将使电压调节变得困难；采用分割母线、分割系统改变系统运行方式来限制短路电流，使电站的出线回路数大大增加，这样又会大大增加电站的投资，同时使本来已十分复杂的电站总体布置和出线走廊更加复杂化。为此必须寻求适应电力系统发展、安全可靠、切实可行的限制系统短路电流的方法。
基于上述方法的局限性，本申请人曾于2003年12月26日申请发明专利“超导饱和铁心故障限流器”，申请号为200310123539.8，该发明的限流技术相当先进，在系统正常工作时，接入电网的限流器阻抗值很小，对电网无影响；当系统处于短路故障状态时，呈现高阻抗，立即起到限制短路电流的作用。但是，仍然存在一些可进一步改进的不足之处，比如：限流速度还有待于提高；限流能力也尚待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提出一种快速限流型超导故障限流器，用于限制输配电线路的短路电流，使输配电线路中的用电设备安全运行。与现有技术的超导饱和铁心故障限流器相比，其集检测、触发和限流于一身，限流技术及限流速度更高一筹，是目前比较理想的限流装置。
为达上述目的，本发明提供一种快速限流型超导故障限流器，其包括：
铁心组，包括两个及两个以上成对的相同的口字形铁心，均由硅钢片裁剪叠合而成；
交流绕组，分别套设在口字形铁心的铁心柱外，每一相的所有交流绕组相互串联后，串接在交流电网中；
超导直流绕组，包围所有铁心的内侧铁心柱，并与恒流直流电源相接，其由超导带材或超导线材绕制而成；
短路辅助绕组，放置在超导直流绕组的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器，接在超导直流绕组的直流回路中；
杜瓦，为一低温容器，将所述的超导直流绕组全部容置于其真空腔中。
所述的口字形铁心的排列方式，选自平行排列或圆周对称排列其中之一。
所述的交流绕组套设在口字形铁心的铁心柱外的方式，选自只有内侧铁心柱上套设有交流绕组、只有外侧铁心柱上套设有交流绕组、内侧和外侧铁心柱上均套设有交流绕组其中之一，其缠绕方式为连续缠绕或非连续缠绕。
所述的超导直流绕组的绕制结构，选自双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一。
所述的感应断路器选自机械式感应断路器、电子式感应断路器、智能式感应断路器其中之一，其作用是在短路瞬间使恒流直流电源与超导直流绕组及时断开。
所述的杜瓦由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁和外壁分别具有真空夹层，所述的真空腔形成于内壁和外壁之间，真空腔中充以制冷剂。
所述的杜瓦的形状选自圆环柱形、跑道形、正方柱形、长方柱形其中之一。
为达上述目的，本发明还提供一种快速限流型超导故障限流器，其包括：
铁心组，包括一个及一个以上的日字形铁心，均由硅钢片裁剪叠合而成，其中间铁心柱的截面积为两侧两个相同的铁心柱的截面积之和；
交流绕组，套设在日字形铁心的两侧铁心柱外，每一相的所有交流绕组相互串联后，串接在交流电网中；
超导直流绕组，包围所有铁心的中间铁心柱，并与恒流直流电源相接，其由超导带材或超导线材绕制而成；
短路辅助绕组，放置在超导直流绕组的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器，接在超导直流绕组的直流回路中；
杜瓦，为一低温容器，将所述的超导直流绕组全部容置于其真空腔中。
所述的超导直流绕组的绕制结构，选自双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一。
所述的杜瓦由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁和外壁分别具有真空夹层，所述的真空腔形成于内壁和外壁之间，真空腔中充以制冷剂。
本发明的效果是，快速限流型超导故障限流器响应迅速，限制短路电流速度快，而且结构简单，运行安全可靠。超导直流绕组不存在失超问题，有多次自启动功能，可用于重合闸场合。超导直流绕组在短路瞬间与恒流直流电源断开，因此其上的感应过电压不会冲击恒流直流电源。该装置基本上由铁心电抗器、超导绕组和恒流直流电源等组成，结构简单、技术成熟，易于工业化生产。
附图说明
图1为具有口字形铁心组的快速限流型超导故障限流器的工作原理示意图；
图2为口字形铁心组平行排列的实施例之一的俯视示意图；
图3为口字形铁心组平行排列的实施例之二的俯视示意图；
图4为口字形铁心组平行排列的实施例之三的俯视示意图；
图5为口字形铁心组平行排列的实施例之四的俯视示意图；
图6为各种典型杜瓦形状的横截面示意图；
图7为具有日字形铁心组的快速限流型超导故障限流器的工作原理示意图；
图8为具有一个日字形铁心的实施例的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为具有口字形铁心组的快速限流型超导故障限流器，其包括：
铁心组，包括两个及两个以上成对的相同的口字形铁心1，均由硅钢片裁剪叠合而成；
交流绕组2，分别套设在口字形铁心1的铁心柱外，每一相的所有交流绕组2相互串联后，串接在交流电网中，交流绕组2的摆放位置可以是“紧耦合”、“松耦合”或“松、紧耦合相结合”三种方式之一；
超导直流绕组3，包围所有铁心的内侧铁心柱11，并与恒流直流电源相接31，其由超导带材或超导线材绕制而成；
短路辅助绕组4，放置在超导直流绕组3的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组3匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器5，接在超导直流绕组3的直流回路中；
杜瓦6，为一低温容器，将所述的超导直流绕组3全部容置于其真空腔中61，杜瓦6的外形形状与超导直流绕组3的形状相一致。
所述的口字形铁心1的排列方式，选自平行排列或圆周对称排列其中之一。如图2、3、4所示均为平行排列的口字形铁心1，如图5所示则为圆周对称排列的口字形铁心1。
所述的交流绕组2套设在口字形铁心1的铁心柱外的方式，如图2所示为只有内侧铁心柱11上套设有交流绕组2，其摆放位置采用了“紧耦合”的方式，外侧铁心柱12上没有交流绕组；有的是只有外侧铁心柱12上套设有交流绕组2，内侧铁心柱11上没有交流绕组2，图中未示；而如图3、4和5所示，内侧铁心柱11和外侧铁心柱12上均套设有交流绕组2。交流绕组2的缠绕方式可以是连续缠绕的交流绕组，也可以是非连续缠绕的交流绕组。如图3和4所示，交流绕组2采用紧耦合和松耦合相结合方式，如图5所示，六个口子型铁心1对称地分布在圆周上，交流绕组2仍采用紧耦合和松耦合相结合方式，而且，每相的所有交流绕组2相互串联接到交流电网中。
如图2所示，一相的具有口字形铁心组的快速限流型超导故障限流器至少由两个口字形铁心1组成，两个口字形铁心1上的交流绕组2对称套置于各自的内侧铁心柱11上。
所述的超导直流绕组3的绕制结构，可以选自传统的双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一，超导直流绕组3由超导带材或超导线材绕制而成，无论口字形铁心1和交流绕组2如何摆放，超导直流绕组3和短路辅助绕组4一起包围所有内侧铁心柱11。
所述的感应断路器5可以根据需要选自机械式感应断路器、电子式感应断路器、智能式感应断路器其中之一，其作用是在短路瞬间使恒流直流电源31与超导直流绕组3及时断开。
如图6所示，所述的杜瓦6由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁611和外壁612分别具有真空夹层，所述的真空腔61形成于内壁611和外壁612之间，真空腔61中充以制冷剂。
所述的杜瓦6的形状根据需要可以选自圆环柱形、跑道形、正方柱形、长方柱形其中之一，如图6之(a)和图5所示为圆环柱形的杜瓦6；如图6之(b)和图2所示为跑道形的杜瓦6；如图6之(c)和图3所示为正方柱形的杜瓦6；如图4所示为长方柱形的杜瓦6。
如图7所示，为一种具有日字形铁心组的快速限流型超导故障限流器，其包括：
铁心组，包括一个及一个以上的日字形铁心1’，均由硅钢片裁剪叠合而成，其中间铁心柱11’的截面积为两侧两个相同的铁心柱12’的截面积之和；
交流绕组2，套设在日字形铁心1’的两侧铁心柱12’外，每一相的所有交流绕组2相互串联后，串接在交流电网中；
超导直流绕组3，包围所有铁心的中间铁心柱11’，并与恒流直流电源31相接，其由超导带材或超导线材绕制而成，请同时参考图8所示；
短路辅助绕组4，放置在超导直流绕组3的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组3匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器5，接在超导直流绕组3的直流回路中；
杜瓦6，为一低温容器，将所述的超导直流绕组3全部容置于其真空腔61中。
所述的超导直流绕组3的绕制结构，可以选自传统的双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一。
如图6所示，所述的杜瓦6由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁611和外壁612分别具有真空夹层，所述的真空腔61形成于内壁611和外壁612之间，真空腔61中充以制冷剂。对于多个日字形铁心1’组成的铁心组，可以用如图4所示的长方柱形的杜瓦6，或图6之(b)所示的跑道形的杜瓦6，因为日字形铁心1’的排列方式只能是平行排列。
当电网系统正常工作时，超导直流绕组3的偏磁使交流绕组2所包围的铁芯柱12或12’处于深度饱和状态，这时，磁导率几乎为零，交流绕组2上的阻抗值很小，对系统无影响；在电网系统发生短路时，突然增大的短路电流使交流绕组2上产生的磁通势增加至超导直流绕组3上的磁通势，具有电压降，呈现高阻抗。根据变压器原理，此时感应到超导直流绕组3上的电压很高，在超导直流绕组3内侧或外侧放置一个短路辅助绕组4，使对感应到直流侧的高电压起到一定的屏蔽作用；另外，直流回路里接入的感应断路器5在短路瞬间，如检测到某一设定电压值，这时直流恒流电源31被及时断开，于是就可以很好地避免直流侧的瞬时高电压对直流恒流电源的冲击。
由上所述可见，本发明的快速限流型超导故障限流器用于电网系统保护时，在电网短路瞬间，感应断路器5使恒流直流电源31与超导直流绕组3立即断开，每相所有交流绕组2都起到限制短路电流的作用，限制短路电流的能力是一般的超导饱和铁心故障限流器的两倍。由于直流电流在电网短路瞬间为零，铁心退饱和速度增加，因此限制短路电流的速度也增加。
Claims (10)
1.一种快速限流型超导故障限流器，其特征在于，包括：
铁心组，包括两个及两个以上成对的相同的口字形铁心，均由硅钢片裁剪叠合而成；
交流绕组，分别套设在口字形铁心的铁心柱外，每一相的所有交流绕组相互串联后，串接在交流电网中；
超导直流绕组，包围所有铁心的内侧铁心柱，并与恒流直流电源相接，其由超导带材或超导线材绕制而成；
短路辅助绕组，放置在超导直流绕组的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器，接在超导直流绕组的直流回路中；
杜瓦，为一低温容器，将所述的超导直流绕组全部容置于其真空腔中。
2.如权利要求1所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的口字形铁心的排列方式，选自平行排列或圆周对称排列其中之一。
3.如权利要求1所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的交流绕组套设在口字形铁心的铁心柱外的方式，选自只有内侧铁心柱上套设有交流绕组、只有外侧铁心柱上套设有交流绕组、内侧和外侧铁心柱上均套设有交流绕组其中之一，其缠绕方式为连续缠绕或非连续缠绕。
4.如权利要求1所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的超导直流绕组的绕制结构，选自双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一。
5.如权利要求1所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的感应断路器选自机械式感应断路器、电子式感应断路器、智能式感应断路器其中之一。
6.如权利要求1所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的杜瓦由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁和外壁分别具有真空夹层，所述的真空腔形成于内壁和外壁之间，真空腔中充以制冷剂。
7.如权利要求6所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的杜瓦的形状选自圆环柱形、跑道形、正方柱形、长方柱形其中之一。
8.一种快速限流型超导故障限流器，其特征在于，包括：
铁心组，包括一个及一个以上的日字形铁心，均由硅钢片裁剪叠合而成，其中间铁心柱的截面积为两侧两个相同的铁心柱的截面积之和；
交流绕组，套设在日字形铁心的两侧铁心柱外，每一相的所有交流绕组相互串联后，串接在交流电网中；
超导直流绕组，包围所有铁心的中间铁心柱，并与恒流直流电源相接，其由超导带材或超导线材绕制而成；
短路辅助绕组，放置在超导直流绕组的内侧或外侧，其形状与超导直流绕组匹配，其可由超导带材或超导线材绕制，也可由普通铜导线绕制而成；
感应断路器，接在超导直流绕组的直流回路中；
杜瓦，为一低温容器，将所述的超导直流绕组全部容置于其真空腔中。
9.如权利要求8所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的超导直流绕组的绕制结构，选自双饼式结构、单饼式结构、圆筒式结构其中之一。
10.如权利要求8所述的快速限流型超导故障限流器，其中，所述的杜瓦由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料制成，其内壁和外壁分别具有真空夹层，所述的真空腔形成于内壁和外壁之间，真空腔中充以制冷剂。
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