專利名稱：一種高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飽和鉄心型超導故障限流器的絕緣、絕熱結(jié)構設計，主要應用于高壓電網(wǎng)用単相或三相飽和鐵心型超導故障限流器。
背景技術：
故障限流器是用來限制電網(wǎng)上短路故障電流水平，保護電網(wǎng)安全的裝置。隨著高壓電網(wǎng)的建設和分布式可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)，開發(fā)高電壓等級的故障限流器具有重要意義。超導故障限流器在正常運行時可通過大電流而只呈現(xiàn)很小的阻抗甚至零阻抗，在短路故障時呈現(xiàn)大阻抗，是目前最為理想的ー類故障限流器。尤其是飽和鐵心型超導故障限流器，它充分利用超導線材的通流能力和鐵磁質(zhì)的磁化特性，設計原理可行，結(jié)構合理，能 在高壓下運行，限流效果非常明顯，且具有響應時間快、可靠性高等優(yōu)點，成為目前高壓電網(wǎng)上限制短路故障電流最為可行的方案之一。高壓飽和鉄心型超導故障限流器(単相或者三相)的結(jié)構主要包括電抗系統(tǒng)(鉄心和繞組)、制冷系統(tǒng)、直流控制回路、監(jiān)控系統(tǒng)。對于電抗系統(tǒng)的交流工作繞組和直流超導勵磁繞組必須進行絕緣和絕熱設計。一般來說，可以用充絕緣油的油箱為交流繞組提供高壓絕緣環(huán)境，用裝液氮的杜瓦為直流超導繞組提供低溫絕熱環(huán)境。結(jié)構上，為了使鉄心勵磁，直流側(cè)鐵心必須穿過直流超導繞組和杜瓦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其可以解決限流器絕緣油箱和杜瓦的絕緣絕熱結(jié)構的設計問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設計方案ー種高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，包括鉄心、交流繞組、直流超導勵磁繞組和監(jiān)控系統(tǒng)，還包括為交流繞組提供絕緣環(huán)境的油箱及為直流超導勵磁繞組提供低溫環(huán)境的杜瓦，鉄心和交流繞組一同放置在充滿絕緣油的油箱內(nèi)，直流側(cè)的鐵心柱穿過杜瓦。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，杜瓦完全置于油箱內(nèi)或外，或部分置于油箱內(nèi)部分在油箱外。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，在杜瓦上留出ー組接ロ，該組接ロ至少包括有電流引線出口、液氮補液ロ、排氣ロ、液位計及壓力測量接ロ，所有接ロ分區(qū)集中布置或均分布置，其中液氮補液ロ與排氣ロ布置在不同區(qū)，電流引線接ロ與除液氮補液ロ與排氣ロ之外的其他測量接ロ分開布置。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，杜瓦完全置于油箱內(nèi)，分別在鄰近杜瓦接ロ區(qū)域的油箱蓋上開設與接ロ對應數(shù)量的孔，將杜瓦上的各接ロ經(jīng)由油箱蓋上開設的對應孔引出。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，在引出杜瓦接ロ處的油箱蓋部分區(qū)域向下凹陷。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，杜瓦完全位于油箱外，油箱縱壁中部壁面ー側(cè)向內(nèi)凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦外筒通過連接法蘭與油箱壁連接而形成ー個整體。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，杜瓦與油箱之間經(jīng)由波紋管實現(xiàn)軟連接。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，在油箱側(cè)壁開窗ロ，使帶有杜瓦接ロ的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱內(nèi)，油箱內(nèi)部空間為封閉。所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，限流器結(jié)構為三相時，所述的油箱為ー個大油箱，三相鉄心、交流繞組及杜瓦都放置在油箱內(nèi)。 所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中，限流器結(jié)構為三相時，每ー相単獨形成一個限流器結(jié)構，每項鉄心和交流繞組置于單獨的油箱內(nèi)。所述的油箱外殼使用金屬或非金屬材料。本發(fā)明的優(yōu)點是I)提供了高壓飽和鉄心型超導故障限流器油箱和杜瓦結(jié)構設計方案，很好的解決了高壓飽和鉄心型超導故障限流器鉄心繞組部分的絕緣絕熱設計問題；2)限流器油箱外殼使用金屬材料，制作エ藝成熟，機械強度高；限流器不需要另外做保護外殼；接地方式簡單；3)杜瓦的所有接ロ引出油箱外，有利于杜瓦、直流超導繞組的檢測、維護和向杜瓦補充液氮；4)對于電抗系統(tǒng)単相松耦合鐵心結(jié)構的進ー步改進；可以大大縮小松耦合鐵心結(jié)構直流繞組所包圍鐵心柱的直徑，不僅解決了單相緊湊型鉄心空間利用率低的問題，還可使直流側(cè)的鐵心柱與杜瓦內(nèi)圓壁的間隙減小且均勻，利于整體設備體積的縮小，從而也可以減小對設備整體絕緣絕熱的ー些成本設計。


圖I為飽和鉄心型超導故障限流器電抗系統(tǒng)結(jié)構示意圖(鉄心繞組為三相，不包括油箱和杜瓦結(jié)構)。圖2為本發(fā)明高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構第一實施例結(jié)構示意圖(三相；整體式油箱，杜瓦完全位于油箱內(nèi))。圖3為本發(fā)明第二實施例結(jié)構示意圖(単相，整體式油箱，杜瓦完全位于油箱內(nèi))。圖4為圖3所示實施例的內(nèi)部透視圖。圖5為本發(fā)明第三實施例結(jié)構示意圖(単相，杜瓦完全位于油箱外)。圖6為本發(fā)明第四實施例結(jié)構示意圖(単相，杜瓦部分置于油箱內(nèi)、部分在油箱外)。圖中標號如下I-鐵心；2_交流繞組；3-杜瓦；4_油箱；5-杜瓦接ロ ；6_絕緣油；7_絕緣子；8-儲油柜；9_油箱蓋；10_加強筋；11_油箱底；12_油箱壁上部；13_油箱壁中部；14_油箱壁下部；15-波紋管；16_連接法蘭。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進ー步詳細說明。
具體實施例方式本發(fā)明高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構的基礎結(jié)構形式是采用飽和鐵心型超導故障限流器的電抗系統(tǒng)(鉄心繞組部分)，包括鉄心I、交流繞組2、直流超導勵磁繞組和監(jiān)控系統(tǒng)，還包括為交流繞組提供絕緣環(huán)境的油箱及為直流超導勵磁繞組提供低溫環(huán)境的杜瓦3，如圖I所示(三相的情況)。為了實現(xiàn)限流器高壓交流繞組和直流超導勵磁繞組的絕緣、絕熱要求，本發(fā)明將限流器的鉄心和交流繞組一同放置在充滿絕緣油的油箱內(nèi)，將直流超導勵磁繞組放在杜瓦內(nèi)，令液氮浸沒直流超導勵磁繞組。電抗系統(tǒng)的鐵心繞組耦合結(jié)構要求直流側(cè)的鐵心柱須穿過杜瓦。本發(fā)明高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中的杜瓦完全置于油箱內(nèi)或外，或部分置于油箱內(nèi)、部分在油箱外。為了保證油箱有較高的機械強度和可靠性，油箱優(yōu)選采用金屬外売。在油箱箱體 的側(cè)壁上須設有若干交流繞組出線升高座、散熱器通孔及其連接法蘭。在油箱箱蓋上須設有壓カ釋放閥法蘭和儲油柜法蘭，并開設溫度計、油質(zhì)監(jiān)控裝置的安裝孔。本發(fā)明高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構中的杜瓦上須留出超導繞組電流引線出口、液氮補液ロ、排氣ロ、液位計及壓力計測量接ロ，其中，超導繞組電流引線出ロ、補液口和排氣ロ為必設的接ロ。本發(fā)明ー主要創(chuàng)新點在于將這些接ロ分別集中布設在杜瓦上的兩個區(qū)域中(布設在相距最遠的兩個區(qū)域中為佳)或均分布置，特別是液氮的補液ロ與排氣ロ要分開布設，使它們位于不同的區(qū)域中或在均分布置時相距最遠。補液ロ與排氣ロ的分開布置可以避免液氮還沒來得及進入液氮池就被抽走而帶來的損失；大電流引線與其他測量控制引線也應分開布置(也就是說電流引線出口除液氮補液ロ與排氣ロ之外的其他測量接ロ分開布置)而避免相互干擾。本發(fā)明對油箱和杜瓦的整體結(jié)構主要有三種不同類型的設計杜瓦完全位于油箱內(nèi)、完全位于油箱外和部分在油箱內(nèi)部分在油箱外。當杜瓦完全置于油箱內(nèi)時，直流超導繞組和杜瓦通過引線、管道與油箱外部的直流控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)連接。杜瓦的接口和油箱的結(jié)構需要特別設計。為了盡量減少將杜瓦管道引出油箱時對油箱結(jié)構的影響以及杜瓦接ロ之間的互相影響，將這些杜瓦上的接ロ集中設置在杜瓦上相距較遠的兩個區(qū)域(如圖2所示，三相的情況)。在與這兩個區(qū)域臨近的油箱壁上開孔，將杜瓦接ロ引出油箱，另優(yōu)選設計是可以在引出杜瓦接ロ的油箱蓋部分區(qū)域向下凹陷。圖3至圖4示出了該種形式的結(jié)構設計。圖2所示的實施例中，將三相鉄心I、交流繞組2和杜瓦3都放置在整體式的大油箱4中。油箱4可以使用金屬材料制作。杜瓦3可以為環(huán)形結(jié)構。直流超導勵磁繞組放置在杜瓦3內(nèi)。在杜瓦表面相距較遠的兩個區(qū)域分別設置杜瓦接ロ 5，包括有用作電流引線出ロ、補液ロ、排氣ロ、液位計及壓力計測量接ロ等。其中，補液ロ與排氣ロ須位于不同區(qū)域避免液氮還沒來得及進入液氮池就被抽走而帶來的損失；電流引線(特別是大電流引線)與其他測量控制引線的出口也須布置在不同區(qū)域避免相互干擾。在滿足以上限制要求的情況下，具體接ロ的布設位置可以有多種組合。油箱4的頂蓋或側(cè)壁上靠近杜瓦接ロ 5的位置需要開孔將杜瓦接ロ 5引出油箱，油箱4內(nèi)部、杜瓦3外部用絕緣油6充滿。
圖3和圖4所示的實施例中，將單相鐵心I、交流繞組2和杜瓦3都放置在整體式油箱4中。油箱4可以使用金屬材料制作。為了增加油箱壁的機械強度，可以在油箱壁的表面設置加強筋10。油箱4頂蓋開孔將杜瓦接ロ 5引出。利用杜瓦接ロ 5設置電流引線出ロ、補液ロ、排氣ロ、液位計及壓力計測量接ロ，與油箱外部的直流控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)連接。在引出杜瓦接ロ處油箱蓋向下凹陷，減小將杜瓦接ロ 5引出油箱的管道的長度，從而減少為杜瓦補液時液氮流過絕緣油溫區(qū)時造成的液氮損失。交流繞組的電流引線通過絕緣子7從油箱引出，與電カ線路連接。在油箱4上方可以設置儲油柜8用來儲存?zhèn)溆媒^緣油。當設計杜瓦完全置于油箱外，可以是讓油箱縱壁中部壁面ー側(cè)向內(nèi)凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦通過連接法蘭與油箱壁上部、油箱壁下部連接而形成ー個整體；此結(jié)構下在杜瓦與油箱蓋之間連接有波紋管。如圖5所示，將單相鉄心、交流繞組放置在整體式油箱中。杜瓦3外筒壁面上需要設置連接法蘭。油箱壁中部13壁面ー側(cè)向內(nèi)凹陷，在凹陷處以外放置杜瓦3，使得杜瓦3在油箱壁以外可以通過連接法蘭與油箱壁上部12、油箱壁下部14連接。杜瓦與油箱形成ー個整體，其內(nèi)部空間由油箱蓋9、油箱壁上部12、油箱壁中部13、油箱壁下部14、油箱底11、波紋管15、杜瓦3共同封閉而成。油箱可以使用金屬材 料制作。對于這種結(jié)構，杜瓦3以及杜瓦接ロ 5都位于油箱外，方便杜瓦3和超導直流勵磁繞組的檢測和維護。杜瓦接ロ 5分別作為電流引線出口、液氮補液ロ、排氣ロ、液位計及壓力計測量接ロ，與限流器的直流控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)連接。交流繞組的電流引線通過油箱蓋9上的絕緣子7從油箱引出，與電カ線路連接。當設計杜瓦部分在油箱內(nèi)部分在油箱外時，可以是在油箱側(cè)壁開窗ロ，使帶有杜瓦接ロ的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱內(nèi)，油箱內(nèi)部空間為封閉。具體實施例可參見圖6，將單相鉄心I、交流繞組2都放置在整體式油箱4中。油箱4前后兩側(cè)壁面各留ー個缺ロ，使杜瓦接ロ 5和杜瓦3的部分筒壁探出油箱外以便于杜瓦3和超導直流勵磁繞組的檢測和維護，杜瓦3其余部分仍位于油箱內(nèi)部。將油箱4側(cè)壁的缺ロ與杜瓦表面焊接，封閉油箱的內(nèi)部空間。油箱蓋的設計可以與上述實施例中的油箱蓋9 (如圖3所示)的設計相同，通過絕緣子將交流繞組的電流引線從油箱引出與電カ線路連接。探出油箱4壁面的杜瓦接ロ 5分為前后兩組，分別用作電流引線出口、液氮補液ロ、排氣ロ、液位計及壓カ計測量接ロ等。其中，液氮補液ロ與排氣ロ須位于不同區(qū)域避免液氮還沒來得及進入液氮池就被抽走而帶來的損失；大電流引線與其他測量控制引線須布置在不同區(qū)域避免相互干擾。在滿足以上限制要求的情況下，具體接ロ的布設位置可以有多種組合。限流器結(jié)構(鉄心繞組)為三相時，可以為每一相鉄心繞組單獨設置ー個油箱、一個杜瓦。當采用杜瓦完全置于油箱內(nèi)的結(jié)構時，還可將三相鉄心、交流繞組及杜瓦都放置在一個大油箱內(nèi)。上述各實施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構應視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護范圍。
權利要求
1.一種高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，包括鐵心、交流繞組、直流超導勵磁繞組和監(jiān)控系統(tǒng)，還包括為交流繞組提供絕緣環(huán)境的油箱及為直流超導勵磁繞組提供低溫環(huán)境的杜瓦，其特征在于鐵心和交流繞組一同放置在充滿絕緣油的油箱內(nèi)，直流側(cè)的鐵心柱穿過杜瓦。
2.根據(jù)權利要求I所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于杜瓦完全置于油箱內(nèi)或外，或部分置于油箱內(nèi)部分在油箱外。
3.根據(jù)權利要求I所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于在杜瓦上留出一組接口，該組接口至少包括有電流引線出口、液氮補液口、排氣口、液位計及壓力測量接口，所有接口分區(qū)集中布置或均分布置，其中液氮補液口與排氣口布置在不同區(qū)，電流引線接口與除液氮補液口與排氣口之外的其他測量接口分開布置。
4.根據(jù)權利要求2、3所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于杜瓦完全置于油箱內(nèi)，分別在鄰近杜瓦接口區(qū)域的油箱蓋上開設與接口對應數(shù)量的孔，將杜瓦上的各接口經(jīng)由油箱蓋上開設的對應孔引出。
5.根據(jù)權利要求4所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于在引出杜瓦接口處的油箱蓋部分區(qū)域向下凹陷。
6.根據(jù)權利要求2所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于杜瓦完全位于油箱外，油箱縱壁中部壁面一側(cè)向內(nèi)凹陷，在油箱凹陷壁以外放置杜瓦，杜瓦外筒通過連接法蘭與油箱壁連接而形成一個整體。
7.根據(jù)權利要求6所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于杜瓦與油箱之間經(jīng)由波紋管實現(xiàn)軟連接。
8.根據(jù)權利要求2所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于在油箱側(cè)壁開窗口，使帶有杜瓦接口的部分杜瓦位于油箱外，杜瓦其余部分位于油箱內(nèi)，油箱內(nèi)部空間為封閉。
9.根據(jù)權利要求4所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于限流器結(jié)構為三相時，所述的油箱為一個大油箱，三相鐵心、交流繞組及杜瓦都放置在油箱內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求I所述的高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，其特征在于限流器結(jié)構為三相時，每一相單獨形成一個限流器結(jié)構，每項鐵心和交流繞組置于單獨的油箱內(nèi)。
全文摘要
一種高壓超導故障限流器整體式絕緣絕熱結(jié)構，包括鐵心、交流繞組、直流超導勵磁繞組和監(jiān)控系統(tǒng)，還包括為交流繞組提供絕緣環(huán)境的油箱及為直流超導勵磁繞組提供低溫環(huán)境的杜瓦，所述的鐵心和交流繞組一同放置在充滿絕緣油的油箱內(nèi)，直流側(cè)的鐵心柱穿過杜瓦；在杜瓦上留出一組接口，該組接口至少包括有超導繞組電流引線出口、液氮補液口、排氣口、液位計及壓力計測量接口等；該杜瓦完全置于油箱內(nèi)或外，或部分置于油箱內(nèi)部分在油箱外。其可很好地解決高壓飽和鐵心型超導故障限流器鐵心繞組部分的絕緣絕熱設計問題。
文檔編號H01F27/14GK102832606SQ20121035634
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
發(fā)明者信贏, 田波, 洪輝, 張利鋒 申請人:北京云電英納超導電纜有限公司