CN203774773U - 一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器 - Google Patents

Abstract

一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，包括组成超导限流器一相的第一和第二两个口字型铁心（41、42），口字形铁心在垂直方向的两柱分别称为交流铁心柱（91、92）、直流铁心柱（81、82），以及交流绕组（31）、包含超导绕组（7）的杜瓦（5）、1个油箱(1)，交流绕组共有2个(31、32)，分别套装在两个交流铁心柱上，并安装在同一个油箱(1)内，浸泡在变压器油(2)中，交流绕组之间设有联接引线（10）；超导绕组(7)同时或分别套装两个直流铁心柱，都置于装有液氮（6）的杜瓦内。本实用新型油箱体积小，结构简单，容易组装，且降低了运行过程中的安全隐患，还能随时了解低温杜瓦的运行情况。

Description

一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器

技术领域

本实用新型涉及一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器。本实用新型还涉及所述高压超导限流器的设计方法。

背景技术

随着对饱和铁心型超导限流器研究的持续深入，超导限流器所适用的线路电压等级也在逐级递增，设备的容量和体积也随之增大，设备现有结构也受到了一些限制，尤其是超高电压等级的超导限流器。因其高压绕组采用常规的变压器油绝缘，而超导绕组采用液氮做为低温冷却介质，对于变压器油和液氮两种介质，前者正常运行时的温度最高可达105℃，而后者液氮温度约为-196℃（绝对温度为77K），两者温度相差较大。如低温杜瓦置于油箱之内，一方面杜瓦周围变压器油与其它位置的变压器油将会产生很大的温度梯度，这会使得变压器油内的电场分布不均而造成局部放电，这是因为变压器油除具有冷却作用外，还起着高压绝缘的作用，而变压器油的电气性能受温度影响较大；另一方面高温变压器油会使杜瓦的外表面温度升高，从而增大杜瓦的热负荷。对于饱和铁心型超导限流器来说，如能从结构设计上将冷热介质及其容器彻底分离，将是设备长期安全运行的重要保障。

申请号为201010529353.2的实用新型专利提出一种通过改变油箱结构来实现冷热介质及其容器分离，但尚存在以下几点不足：1）油箱体积大，结构复杂，设备组装困难；2）两交流绕组之间的引线较长，且需从高压跨过低压再到高压，无疑给高压绝缘的安全带来重大隐患；3、低温容器杜瓦虽然与油箱分离，但完全被油箱包围，如真空泄露引起表面结霜不易于及早发现，不利于杜瓦的维护。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，采用本实用新型的高压超导限流器，油箱体积小，结构简单，容易组装，且缩短了两高压交流绕组之间的联接引线降低了运行过程中的安全隐患，还能使杜瓦置于易于观察维护的位置，可随时了解低温杜瓦的运行情况。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，包括组成超导限流器每一相的第一和第二两个口字型铁心（41、42），口字形铁心在垂直方向的两柱分别称为交流铁心柱（91、92）、直流铁心柱（81、82），以及交流绕组（31）、1个或2个包含超导绕组（7）的杜瓦（5）、1个油箱(1)，其特征是：所述的交流绕组共有2个(31、32)，分别套装在两个交流铁心柱上，并安装在同一个油箱(1)内，浸泡在变压器油(2)中，交流绕组之间设有联接引线（10）；1个超导绕组(7)同时套装两个直流铁心柱或2个超导绕组(7)分别套装两个直流铁心柱，都置于装有液氮（6）的杜瓦内。

在上述基础上，本实用新型还可以有各种具体结构：

所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ为0°，两铁心前后平行，两交流铁心柱（91、92）位于直流铁心柱（81、82）的同一侧；

所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ大于0°且小于180°。

所述的两铁心可单独制作也可做成一体。

所述的直流铁心柱截面积大于交流铁心柱截面积。

所述的直流铁心柱81和82的截面积分别大于交流铁心柱91和92的截面积，两者截面比设为n；交流铁心柱91与直流铁心柱81的叠片厚度相等。

所述的杜瓦（5）的水平横截面为圆形。

装有交流铁心柱的两交流绕组置于同一个油箱中，可缩短两绕组间的连接引线，降低了绝缘安全风险；而套装在直流铁心柱的超导绕组则置于一个低温容器杜瓦中，暴露在空气中，两种介质及其容器独立运行，互不干扰，增强了设备的安全可靠性。

上述高压超导限流器的设计，对两个铁心平面间的夹角为0度的情况按一般的设计方法即可，特殊的是两个铁心平面间的夹角θ大于0°且小于180°时如何决定由直流铁心柱81和82构成的中柱铁心截面形状？

两铁心之间夹角θ可以在0°～180°之间灵活取值，但并不是两铁心的简单组合，而要遵循一定的规则和要求。对于超导限流器来说，由于功能特性和超导材料都具有一定的特殊性，铁心采用不等截面设计，即直流铁心柱81和82的截面积分别大于交流铁心柱91和92的截面积，两者截面比设为n。

同时杜瓦5为低温绝热容器，在结构上必须做成圆形，而杜瓦内的超导绕组7为超导材料绕制而成。超导材料价格昂贵，且设计中超导绕组的安匝是一定的，因此降低成本的唯一方法是减小两直流铁心柱81和82组成的中柱铁心的外接圆直径φ；而国内目前制作大型设备铁心为叠片式结构，为保证铁心性能，超导限流器的交流铁心柱91与直流铁心柱81的叠片厚度相等。对于此种结构，难点在于直流铁心柱截面形状如何确定。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案是：

所述的高压超导限流器，当两个铁心平面间的夹角θ在0°～180°之间时，由直流铁心柱81和82构成的中柱铁心截面形状的设计方法，其特征是：包括以下步骤：参见图4

中柱铁心和其中一个交流铁心柱截面形状分别如图4-1，4-2所示，其中两铁心柱的叠片厚度a相等，两铁心柱各叠片相互对应、平行，且均与水平线的夹角为θ/2。图4-1中所示两个直流铁心柱截面81和82关于直线C1C2（也即两铁心夹角的角平分线）完全对称，只阐述其中一个直流铁心柱81的截面形状及其计算方法。在一个半圆内，面积被分成了S1、S2、S3和S4四部分，而外边框被分成了L1、L2、L3、L4和L5五部分。其中S2为直流铁心柱的截面积，S1和S3部分为两铁心前后夹紧时夹件及柆板预留空间，S4为两直流铁心柱81和82为避免电接触发生短路用绝缘板将其隔开而预留空间。确定中柱铁心截面尺寸步骤如下：

1、确定中柱外接圆直径φ。根据直流铁心柱的截面积，设为S，按照常规叠片工艺和该结构叠片铁心的有效填充系数f和叠片系数k，同时使中柱半圆铁心中的180-θ/2角度对应面积等于S，估算出此时的外接圆轮廓直径φ。

2、确定边框L3，根据常规阶梯圆形铁心的级数及各级片宽设计，可得到L3。

3、确定L1和L5，L5与C1C2平行，距离为两铁心81和82之间绝缘板厚度的一半，一般设计为5-15mm；L1和L3两边框平行且宽度相同，且与直线C1C2的夹角为θ/2，其一端在外接圆的圆周上，另一端与L5相接。

4、确定L2和L4，L2和L4为对应交流铁心柱每级厚度且在中柱外接圆包络线内即可。在实际工程中，直流铁心柱是由多级硅钢片叠装而成，如图3中柱截面图可以看出。上述确定直流铁心柱截面的步骤1中，S2的面积要大于实际面积S，在中柱铁心的外接圆直径φ估算中已考虑到这一点，实际设计中L1小于φ/2，因此φ比实际值大，设计还需对各级叠片宽度及厚度进行微调，得到最终的实际截面积S。

有益效果：本实用新型公开了一种饱和铁心型超导限流器的铁心结构，该实用新型使超导限流器具有两种不同介质及其容器的两部分实现彻底分离，一方面高温变压器油不会影响低温绝热杜瓦而引起更大的热负荷；另一方面低温液氮容器不会影响变压器油的温度梯度而造成局部电场集中，也不会由于杜瓦绝热层破坏而影响变压器油的电气性能。因变压器油的一个作用是冷却，而更重要的作用是绝缘，对于高压尤其超高压设备来说，变压器油的品质直接影响整个设备的性能，因此本实用新型大大提高了设备的安全性。本实用新型除实现上述功能外，还可以使一相的两个交流绕组结构布置更紧凑，大大缩短两绕组之间的联接引线，从而降低了高压引线与接地体之间绝缘的安全隐患。此外，本实用新型铁心结构不会改变限流器的整体磁路，因此不会影响其整体性能。此实用新型结构简单，易于实现，从制作上解决了冷热介质及其容器共存一体时的诸多隐患。

附图说明

图1为现有技术单相两铁心结构超导限流器示意图；

图2-1为本实用新型实施例一两铁心间角度为0°（共用一个杜瓦）时的俯视示意图；

图2-2为本实用新型实施例二两铁心间角度为0°（两个杜瓦）时的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例三两铁心间角度为0°～180°之间时的俯视示意图；

图4-1为中柱铁心截面示意图；

图4-2为交流铁心柱截面示意图。

图中：1-油箱，2-变压器油，31、32-交流绕组，41-第一口字型铁心，42-第二口字型铁心，5-杜瓦，6-液氮，7-超导绕组，81、82-直流铁心柱，91/92-交流铁心柱，10-联接引线。

具体实施方式

参见图1的现有技术单相两铁心结构超导限流器，两交流绕组之间的引线较长，且需从高压跨过低压再到高压，给高压绝缘的安全带来重大隐患。

参见图2-1，其为本实用新型的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器实施例一，包括组成超导限流器一相的第一和第二两个口字型铁心41、42，口字形铁心在垂直方向的两柱分别称为交流铁心柱91、92、直流铁心柱81、82，两个交流绕组31和32、1个包含超导绕组7的杜瓦5、1个油箱1，2个交流绕组31、32分别套装在两个交流铁心柱91和92上，并安装在同一个油箱1内，浸泡在变压器油2中，交流绕组之间设有联接引线10；超导绕组7则同时套装两个直流铁心柱81和82，杜瓦内装有液氮6。第一、第二铁心平面间的夹角θ为0°，两铁心前后平行，两交流铁心柱（91、92）位于直流铁心柱（81、82）的同一侧。

图2-2为本实用新型的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器实施例二，与实施例一不同之处在于：有2个超导绕组71和72，分别套装两个直流铁心柱，并分别置于各自杜瓦中，杜瓦内装有液氮6。

参见图3，其为本实用新型的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器实施例三，与实施例一不同之处在于第一、第二铁心平面间的夹角大于0°且小于180°。两铁心可单独制作也可做成一体。

本实用新型中油箱内只有交流绕组，杜瓦内只有超导绕组，而铁心置于空气中，此结构将超导限流器分成了三部分，分别为油箱、杜瓦和铁心，使其互不影响。

三种结构均可实现冷热两种介质及其容器的分离，从而避免了变压器油运行时的安全隐患；可以更方便地观察其低温绝热杜瓦的绝热情况，方便维护；避免了绝热杜瓦由于周围高温变压器油对其热负荷的影响；缩短了两交流绕组之间的联接引线。另外本实用新型不会改变磁路的原有路径，故对限流器的电磁性能无影响。

所述的高压超导限流器当两个铁心平面间的夹角θ在0°～180°之间时，由直流铁心柱81和82构成的中柱铁心截面形状的设计方法包括以下步骤：参见图4-1、图4-2.

中柱铁心和其中一个交流铁心柱截面形状分别如图4-1，图4-2所示，其中两铁心柱的叠片厚度a相等，两铁心柱各叠片相互对应、平行，且均与水平线的夹角为θ/2。图4-1中所示两个直流铁心柱截面81和82关于直线C1C2（也即两铁心夹角的角平分线）完全对称，只阐述其中一个直流铁心柱81的截面形状及其计算方法。在一个半圆内，面积被分成了S1、S2、S3和S4四部分，而外边框被分成了L1、L2、L3、L4和L5五部分。其中S2为直流铁心柱的截面积，S1和S3部分为两铁心前后夹紧时夹件及柆板预留空间，S4为两直流铁心柱81和82为避免电接触发生短路用绝缘板将其隔开而预留空间。

确定中柱铁心截面尺寸步骤如下：

1、确定中柱外接圆直径φ。根据直流铁心柱的截面积，设为S，按照常规叠片工艺和该结构叠片铁心的有效填充系数f和叠片系数k，同时使中柱半圆铁心中的180-θ/2角度对应面积等于S，估算出此时的外接圆轮廓直径φ。

2、确定边框L3，根据常规阶梯圆形铁心的级数及各级片宽设计，可得到L3。

3、确定L1和L5，L5与C1C2平行，距离为两铁心81和82之间绝缘板厚度的一半，一般设计为5-15mm；L1和L3两边框平行且宽度相同，且与直线C1C2的夹角为θ/2，其一端在外接圆的圆周上，另一端与L5相接。

4、确定L2和L4，L2和L4为对应交流铁心柱每级厚度且在中柱外接圆包络线内即可。在实际工程中，直流铁心柱是由多级硅钢片叠装而成，如图3中柱截面图可以看出。上述确定直流铁心柱截面的步骤1中，S2的面积要大于实际面积S，在中柱铁心的外接圆直径φ估算中已考虑到这一点，实际设计中L1小于φ/2，因此φ比实际值大，设计还需对各级叠片宽度及厚度进行微调，得到最终的实际截面积S。

Claims (7)

1.一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，包括组成超导限流器每一相的第一和第二两个口字型铁心（41、42），口字形铁心在垂直方向的两柱分别称为交流铁心柱（91、92）、直流铁心柱（81、82），以及交流绕组（31）、1个或2个包含超导绕组（7）的杜瓦（5）、1个油箱(1)，其特征是：所述的交流绕组共有2个(31、32)，分别套装在两个交流铁心柱上，并安装在同一个油箱(1)内，浸泡在变压器油(2)中，交流绕组之间设有联接引线（10）；1个超导绕组(7)同时套装两个直流铁心柱或2个超导绕组(7)分别套装两个直流铁心柱，都置于装有液氮（6）的杜瓦内。

2.根据权利要求1所述的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ为0°，两铁心前后平行，两交流铁心柱（91、92）位于直流铁心柱（81、82）的同一侧。

3.根据权利要求1所述的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ大于0°且小于180°。

4.根据权利要求1至3所述的任意一项冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的直流铁心柱截面积大于交流铁心柱截面积。

5.根据权利要求4所述的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的直流铁心柱（81）和（82）的截面积分别大于交流铁心柱（91）和（92）的截面积，两者截面比设为n；交流铁心柱（91）与直流铁心柱（81）的叠片厚度相等。

6.根据权利要求4所述的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的杜瓦（5）的水平横截面为圆形。

7.根据权利要求5所述的冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，其特征是：所述的杜瓦（5）的水平横截面为圆形。