CN210957796U - 一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统 - Google Patents
一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统，它的组成：发电机(1)，升压变压器(2)，500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)，无限大容量母线(4)，发电机(1)发出的电压22kV由升压变压器(2)升至500kV，经输电线输出，再由500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)降为275kV，经传输线传至无限大容量母线(4)。所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)有高压线圈和低压线圈两个部分，高压线圈部分由铜导线构成，低压线圈部分由第二代高温超导带材构成。低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈两部分。变压器型高温超导限流器：正常工作时，减少漏抗，增加静态稳定性；故障时，利用失超限流，增加故障时的动态稳定性，减少恢复时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及交流高压输电技术领域，具体涉及到一种含变压器型超导限流器500kV交流高压输电系统。
背景技术
输、配电网络规模日益扩大，电网设备的脆弱性也相应增加。大量分布式电源、储能设备就近直接接入用户，配电网故障电流迅速增长。另外，电网的装机容量和各电压等级网架建设得到高速发展，高电压等级网架结构大大加强，珠江三角洲、长江三角洲等地区基本形成双回路内外环网结构。电网结构的加强满足了负荷增长和可靠供电的需求，但同时也造成了短路容量的稳步增长，使得原来的断路器等一次设备不能再适应系统的发展，这对电网的稳定性、安全性及现有的电气设备构成巨大威胁。如果更换断路器等一次设备，不仅大大增加成本而且需要很长的时间。因此，限制短路电流具有十分重要的意义。
超导材料在满足临界温度、临界电流密度以及临界磁场条件下保持超导状态。超导体在一定的温度、磁场和电流密度范围内才能保持零电阻的超导状态，若有这三个物理量中任何一个不在这个特定的范围，超导体将不再保持超导状态。利用超导材料这一特性，使其在正常状态下对电力系统无影响，当发生短路故障时，可以迅速增大阻抗，成为理想的故障电流限制设备，即超导限流器。超导限流器本质上可以认为是一个等价的可变阻抗，其通常分为两种状态：稳态和限流态。当电网正常运行时，超导限流器处于稳态，所呈现阻抗也较低，因此不会对电网造成影响；当电网发生短路故障时，超导限流器迅速由稳态转为限流态，呈现很大的反向感应电压并使得电流降低；当故障消除后，超导限流器可以由限流态恢复到稳态，保证电网能够正常运行。
实用新型内容
本实用新型将变压器型超导限流器应用于500kV交流高压输电系统，具体技术方案如下：
一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统，它的组成：发电机1，升压变压器2，500kV/275kV变压器型高温超导限流器3，无限大容量母线4，发电机1发出的电压22kV由升压变压器2升至500kV，经输电线输出，再由500kV/275kV变压器型高温超导限流器3降为275kV，经传输线传至无限大容量母线4。
所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器3本质等同于一个500kV/275kV变压器与一个并联的开关SWsc和Rsc串联。
所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器3有高压线圈和低压线圈两个部分，高压线圈部分由铜导线构成，与500kV交流高压输电系统相连接，低压线圈部分由第二代高温超导带材构成。低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈两部分。
所述低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈，通过调整限流线圈和非限流线圈匝数比，500kV/275kV变压器型高温超导限流器3实现所需的限流特性和变压器功能。
本实用新型的技术效果：引入超导限流器不仅可以显著降低断路器的容量，大大降低电网的改造费用及延长电气设备的使用寿命，还将实现对输电线路故障短路电流快速、平稳、有效地限制，为解决输电网安全稳定运行的关键技术难题奠定基础。变压器型高温超导限流器：正常工作时，减少漏抗，增加静态稳定性；故障时，利用失超限流，增加故障时的动态稳定性，减少恢复时间。
附图说明
图1是基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统组成图。
图2是500kV/275kV变压器型高温超导限流器电气模型图。
图3是500kV/275kV变压器型高温超导限流器原理结构图。
图4是单机-无穷大系统图。
图中：1为发电机，2为升压变压器，3为500kV/275kV变压器型高温超导限流器，4为无限大容量母线。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型具体实施方式做进一步的说明。
1.一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统整体实施方案
一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统，它的组成：发电机1，升压变压器2，500kV/275kV变压器型高温超导限流器3，无限大容量母线4，其特征在于：发电机1发出的电压22kV由升压变压器2升至500kV，经输电线输出，再由500kV/275kV变压器型高温超导限流器3降为275kV，经传输线传至无限大容量母线4。如图1所示。
所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器3本质等同于一个500kV/275kV变压器与一个并联的开关SWsc和Rsc串联。如图2所示。
所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器3有高压线圈和低压线圈两个部分，高压线圈部分由铜导线构成，与500kV交流高压输电系统相连接，低压线圈部分由第二代高温超导带材构成。低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈两部分。如图3所示。
所述低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈，通过调整限流线圈和非限流线圈匝数比，500kV/275kV变压器型高温超导限流器3实现所需的限流特性和变压器功能。如图3所示。
2.升压变压器
变压器是一种常见的电气设备，可用来把某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。升压变压器就是用来把低数值的交变电压变换为同频率的另一较高数值交变电压的变压器。
交流升压变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。交流升压变压器具有体积小、重量轻、结构紧凑、功能齐全、通用性强和使用方便等特点，特别适用于电力系统、工矿企业、科研部门等对各种高压电气设备、电气元件、绝缘材料进行汇频或交流高压下的绝缘强度试验，是高压试验中必不可少的重要设备。
本实用新型选择的升压变压器为：22kV/500kV，％Z＝7.4％，625MVA。
3. 500kV/275kV变压器型高温超导限流器
标准变压器设计形式保证该限流器在正常状态下其功能等同于一个高效的超导变压器；当电力系统发生故障时，系统因超导元件失超产生电阻，其功能等价于电阻型限流器，从而达到限流的目的。本质上讲，这个设备是一个具有限流作用的变压器。变压器型限流器能够从故障中自我恢复，保证该设备在恢复之后继续执行变压器的作用。这种类型限流器的设计，可有不同方案：①常规变压器加超导元件型；②部分超导变压器加超导元件型；③全超导变压器型；④全超导变压器加超导元件型。
以图3所示标准变压器型高温超导限流器为例，在结构设计方面，分为高压线圈和低压线圈两部分。高压线圈由铜导线构成，低压线圈部分可由第二代高温超导带材构成，低压线圈又分为限流线圈(Tr/FCL)和非限流线圈(Tr)两部分。其中限流线圈由两层并联的第二代高温超导带材叠加而成，非限流线圈由四层并联的第二代高温超导带材叠加而成。这样可以保证在变压器和限流器的设计方面具有更高的灵活性。通过调整限流线圈(Tr/FCL)和非限流线圈(Tr)之间的匝数比，变压器型高温超导限流器可以实现所需的限流特性和变压器功能。
铜导线线圈与电力系统相接，作为高压部分；超导部分，作为低压部分，电流由高压铜导线感应产生。其中，低压部分由两部分构成，即限流部分和非限流部分，2个高温超导样品C(Ic＝131A)并联，电流容量约为262A，4个样品B(Ic＝71A)并联，电流容量约为284A，最后将两个样品串联。从电流容量考虑，虽然样品A和样品C的电场值足以用于限流，但相比之下，样品C具有更高的Ic和n值，所以选择样品C作为限流材料。由前面估算可知，故障时，样品C要比样品B先失超，用以限流；无故障时，两者可以同时传输额定电流。样品C的Ic值、n值、电场值相比之下最大，所以选择样品C作为限流器的传输导体。样品B中加入厚的稳定层铜，所以稳定性要好一些。样品C和样品B的组合，分别作为超导变压器和高温超导限流器的材料。
稳态时，变压器工作在超导态，系统电阻很小，提高传输效率；故障时，变压器失超，变压器的阻抗增加，达到限流的目的。其具有的优势包括：①正常工作时，减少漏抗，增加静态稳定性；②故障时，利用失超限流，增加故障时的动态稳定性；③减少恢复时间。
4.变压器型超导限流器对500kV交流高压输电系统暂态稳定的影响
高温超导限流器的实际应用可能在多方面对电网产生综合影响，研究表明，安装变压器型限流器能够有效地降低短路电流水平，抑制母线电压跌落，有利于电力系统的暂态稳定性。
基于图4所示的单机-无穷大系统，分析变压器型高温超导限流器对电力系统暂态稳定性的影响。正常运行时，发电机经变压器和双回线路向无穷大系统送电，在两条出线的始端分别装有一台高温超导限流器。
该单机-无穷大系统的参数如下：发电机额定容量为352.5MVA，额定功率为300MV，内电抗Xd＝1.014，Xd′＝0.314，Xd″＝0.280，惯性时间常数Tj＝0.314s，系统频率f＝50Hz，变压器等值电抗XT＝0.15。传输线每公里电感和电容分别为h＝0.8mH/km和C1＝15nF/km，线路总长度为250km，其中一条输电线路T2在距离限流器K＝0处发生三相短路故障。
Claims (4)
1.一种基于变压器型超导限流器的500kV交流高压输电系统，它的组成：发电机(1)，升压变压器(2)，500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)，无限大容量母线(4)，其特征在于：发电机(1)发出的电压22kV由升压变压器(2)升至500kV，经输电线输出，再由500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)降为275kV，经传输线传至无限大容量母线(4)。
2.根据权利要求1所述的500kV交流高压输电系统，其特征在于：所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)等同于一个500kV/275kV变压器与一个并联的开关SWsc和Rsc串联。
3.根据权利要求1或2所述的500kV交流高压输电系统，其特征在于：所述500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)有高压线圈和低压线圈两个部分，高压线圈部分由铜导线构成，与500kV交流高压输电系统相连接，低压线圈部分由第二代高温超导带材构成。
4.根据权利要求3所述的500kV交流高压输电系统，其特征在于：所述低压线圈又分为限流线圈和非限流线圈两部分，通过调整限流线圈和非限流线圈匝数比，500kV/275kV变压器型高温超导限流器(3)实现所需的限流特性和变压器功能。
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