一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器的制造方法
【專利摘要】一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，包括組成超導(dǎo)限流器一相的第一和第二兩個口字型鐵心（41、42），口字形鐵心在垂直方向的兩柱分別稱為交流鐵心柱（91、92）、直流鐵心柱（81、82），以及交流繞組（31）、包含超導(dǎo)繞組（7）的杜瓦（5）、1個油箱(1)，交流繞組共有2個(31、32)，分別套裝在兩個交流鐵心柱上，并安裝在同一個油箱(1)內(nèi)，浸泡在變壓器油(2)中，交流繞組之間設(shè)有聯(lián)接引線（10）；超導(dǎo)繞組(7)同時或分別套裝兩個直流鐵心柱，都置于裝有液氮（6）的杜瓦內(nèi)。本實用新型油箱體積小，結(jié)構(gòu)簡單，容易組裝，且降低了運行過程中的安全隱患，還能隨時了解低溫杜瓦的運行情況。
【專利說明】一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器。本實用新型還涉及所述高壓超導(dǎo)限流器的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對飽和鐵心型超導(dǎo)限流器研究的持續(xù)深入，超導(dǎo)限流器所適用的線路電壓等級也在逐級遞增，設(shè)備的容量和體積也隨之增大，設(shè)備現(xiàn)有結(jié)構(gòu)也受到了一些限制，尤其是超高電壓等級的超導(dǎo)限流器。因其高壓繞組采用常規(guī)的變壓器油絕緣，而超導(dǎo)繞組采用液氮做為低溫冷卻介質(zhì)，對于變壓器油和液氮兩種介質(zhì)，前者正常運行時的溫度最高可達(dá)105°C，而后者液氮溫度約為_196°C (絕對溫度為77K)，兩者溫度相差較大。如低溫杜瓦置于油箱之內(nèi)，一方面杜瓦周圍變壓器油與其它位置的變壓器油將會產(chǎn)生很大的溫度梯度，這會使得變壓器油內(nèi)的電場分布不均而造成局部放電，這是因為變壓器油除具有冷卻作用夕卜，還起著高壓絕緣的作用，而變壓器油的電氣性能受溫度影響較大；另一方面高溫變壓器油會使杜瓦的外表面溫度升高，從而增大杜瓦的熱負(fù)荷。對于飽和鐵心型超導(dǎo)限流器來說，如能從結(jié)構(gòu)設(shè)計上將冷熱介質(zhì)及其容器徹底分離，將是設(shè)備長期安全運行的重要保障。
[0003]申請?zhí)枮?01010529353.2的實用新型專利提出一種通過改變油箱結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)冷熱介質(zhì)及其容器分離，但尚存在以下幾點不足:1)油箱體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備組裝困難；2)兩交流繞組之間的引線較長，且需從高壓跨過低壓再到高壓，無疑給高壓絕緣的安全帶來重大隱患；3、低溫容器杜瓦雖然與油箱分離，但完全被油箱包圍，如真空泄露引起表面結(jié)霜不易于及早發(fā)現(xiàn)，不利于杜瓦的維護(hù)。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，采用本實用新型的高壓超導(dǎo)限流器，油箱體積小，結(jié)構(gòu)簡單，容易組裝，且縮短了兩高壓交流繞組之間的聯(lián)接引線降低了運行過程中的安全隱患，還能使杜瓦置于易于觀察維護(hù)的位置，可隨時了解低溫杜瓦的運行情況。
[0005]解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，包括組成超導(dǎo)限流器每一相的第一和第二兩個口字型鐵心(41、42)，口字形鐵心在垂直方向的兩柱分別稱為交流鐵心柱(91、92)、直流鐵心柱(81、82)，以及交流繞組(31)、1個或2個包含超導(dǎo)繞組(7)的杜瓦(5)、I個油箱(I)，其特征是:所述的交流繞組共有2個(31、32)，分別套裝在兩個交流鐵心柱上，并安裝在同一個油箱(I)內(nèi)，浸泡在變壓器油(2)中，交流繞組之間設(shè)有聯(lián)接引線
(10);1個超導(dǎo)繞組(7)同時套裝兩個直流鐵心柱或2個超導(dǎo)繞組(7)分別套裝兩個直流鐵心柱，都置于裝有液氮(6)的杜瓦內(nèi)。
[0007]在上述基礎(chǔ)上，本實用新型還可以有各種具體結(jié)構(gòu):
[0008]所述的第一、第二鐵心平面間的夾角Θ為O。，兩鐵心前后平行，兩交流鐵心柱(91、92)位于直流鐵心柱(81、82)的同一側(cè)；
[0009]所述的第一、第二鐵心平面間的夾角Θ大于0°且小于180°。
[0010]所述的兩鐵心可單獨制作也可做成一體。
[0011]所述的直流鐵心柱截面積大于交流鐵心柱截面積。
[0012]所述的直流鐵心柱81和82的截面積分別大于交流鐵心柱91和92的截面積，兩者截面比設(shè)為η ;交流鐵心柱91與直流鐵心柱81的疊片厚度相等。
[0013]所述的杜瓦(5)的水平橫截面為圓形。
[0014]裝有交流鐵心柱的兩交流繞組置于同一個油箱中，可縮短兩繞組間的連接引線，降低了絕緣安全風(fēng)險；而套裝在直流鐵心柱的超導(dǎo)繞組則置于一個低溫容器杜瓦中，暴露在空氣中，兩種介質(zhì)及其容器獨立運行，互不干擾，增強了設(shè)備的安全可靠性。
[0015]上述高壓超導(dǎo)限流器的設(shè)計，對兩個鐵心平面間的夾角為O度的情況按一般的設(shè)計方法即可，特殊的是兩個鐵心平面間的夾角Θ大于0°且小于180°時如何決定由直流鐵心柱81和82構(gòu)成的中柱鐵心截面形狀？
[0016]兩鐵心之間夾角Θ可以在0°?180°之間靈活取值，但并不是兩鐵心的簡單組合，而要遵循一定的規(guī)則和要求。對于超導(dǎo)限流器來說，由于功能特性和超導(dǎo)材料都具有一定的特殊性，鐵心采用不等截面設(shè)計，即直流鐵心柱81和82的截面積分別大于交流鐵心柱91和92的截面積,兩者截面比設(shè)為η。
[0017]同時杜瓦5為低溫絕熱容器，在結(jié)構(gòu)上必須做成圓形，而杜瓦內(nèi)的超導(dǎo)繞組7為超導(dǎo)材料繞制而成。超導(dǎo)材料價格昂貴，且設(shè)計中超導(dǎo)繞組的安匝是一定的，因此降低成本的唯一方法是減小兩直流鐵心柱81和82組成的中柱鐵心的外接圓直徑Φ ;而國內(nèi)目前制作大型設(shè)備鐵心為疊片式結(jié)構(gòu)，為保證鐵心性能，超導(dǎo)限流器的交流鐵心柱91與直流鐵心柱81的疊片厚度相等。對于此種結(jié)構(gòu)，難點在于直流鐵心柱截面形狀如何確定。
[0018]解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案是:
[0019]所述的高壓超導(dǎo)限流器，當(dāng)兩個鐵心平面間的夾角Θ在0°?180°之間時，由直流鐵心柱81和82構(gòu)成的中柱鐵心截面形狀的設(shè)計方法，其特征是:包括以下步驟:參見圖4
[0020]中柱鐵心和其中一個交流鐵心柱截面形狀分別如圖4-1，4_2所示，其中兩鐵心柱的疊片厚度a相等，兩鐵心柱各疊片相互對應(yīng)、平行，且均與水平線的夾角為Θ/2。圖4-1中所示兩個直流鐵心柱截面81和82關(guān)于直線C1C2 (也即兩鐵心夾角的角平分線)完全對稱，只闡述其中一個直流鐵心柱81的截面形狀及其計算方法。在一個半圓內(nèi)，面積被分成了 S1、S2、S3和S4四部分，而外邊框被分成了 L1、L2、L3、L4和L5五部分。其中S2為直流鐵心柱的截面積，SI和S3部分為兩鐵心前后夾緊時夾件及拉板預(yù)留空間，S4為兩直流鐵心柱81和82為避免電接觸發(fā)生短路用絕緣板將其隔開而預(yù)留空間。確定中柱鐵心截面尺寸步驟如下:
[0021]1、確定中柱外接圓直徑Φ。根據(jù)直流鐵心柱的截面積，設(shè)為S，按照常規(guī)疊片工藝和該結(jié)構(gòu)疊片鐵心的有效填充系數(shù)f和疊片系數(shù)k，同時使中柱半圓鐵心中的180- Θ /2角度對應(yīng)面積等于S，估算出此時的外接圓輪廓直徑Φ。
[0022]2、確定邊框L3，根據(jù)常規(guī)階梯圓形鐵心的級數(shù)及各級片寬設(shè)計，可得到L3。
[0023]3、確定LI和L5，L5與C1C2平行，距離為兩鐵心81和82之間絕緣板厚度的一半，一般設(shè)計為5-15mm ；L1和L3兩邊框平行且寬度相同，且與直線C1C2的夾角為Θ /2，其一端在外接圓的圓周上，另一端與L5相接。
[0024]4、確定L2和L4，L2和L4為對應(yīng)交流鐵心柱每級厚度且在中柱外接圓包絡(luò)線內(nèi)即可。在實際工程中，直流鐵心柱是由多級硅鋼片疊裝而成，如圖3中柱截面圖可以看出。上述確定直流鐵心柱截面的步驟I中，S2的面積要大于實際面積S，在中柱鐵心的外接圓直徑Φ估算中已考慮到這一點，實際設(shè)計中LI小于Φ/2，因此Φ比實際值大，設(shè)計還需對各級疊片寬度及厚度進(jìn)行微調(diào)，得到最終的實際截面積S。
[0025]有益效果:本實用新型公開了一種飽和鐵心型超導(dǎo)限流器的鐵心結(jié)構(gòu)，該實用新型使超導(dǎo)限流器具有兩種不同介質(zhì)及其容器的兩部分實現(xiàn)徹底分離，一方面高溫變壓器油不會影響低溫絕熱杜瓦而引起更大的熱負(fù)荷；另一方面低溫液氮容器不會影響變壓器油的溫度梯度而造成局部電場集中，也不會由于杜瓦絕熱層破壞而影響變壓器油的電氣性能。因變壓器油的一個作用是冷卻，而更重要的作用是絕緣，對于高壓尤其超高壓設(shè)備來說，變壓器油的品質(zhì)直接影響整個設(shè)備的性能，因此本實用新型大大提高了設(shè)備的安全性。本實用新型除實現(xiàn)上述功能外，還可以使一相的兩個交流繞組結(jié)構(gòu)布置更緊湊，大大縮短兩繞組之間的聯(lián)接引線，從而降低了高壓引線與接地體之間絕緣的安全隱患。此外，本實用新型鐵心結(jié)構(gòu)不會改變限流器的整體磁路，因此不會影響其整體性能。此實用新型結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，從制作上解決了冷熱介質(zhì)及其容器共存一體時的諸多隱患。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有技術(shù)單相兩鐵心結(jié)構(gòu)超導(dǎo)限流器示意圖；
[0027]圖2-1為本實用新型實施例一兩鐵心間角度為0° (共用一個杜瓦)時的俯視示意圖；
[0028]圖2-2為本實用新型實施例二兩鐵心間角度為0° (兩個杜瓦)時的俯視示意圖；
[0029]圖3為本實用新型實施例三兩鐵心間角度為0°?180°之間時的俯視示意圖；
[0030]圖4-1為中柱鐵心截面示意圖；
[0031]圖4-2為交流鐵心柱截面示意圖。
[0032]圖中:1-油箱，2-變壓器油，31、32_交流繞組，41-第一口字型鐵心，42-第二口字型鐵心，5-杜瓦，6-液氮，7-超導(dǎo)繞組，81、82_直流鐵心柱，91/92-交流鐵心柱，10-聯(lián)接引線。
【具體實施方式】
[0033]參見圖1的現(xiàn)有技術(shù)單相兩鐵心結(jié)構(gòu)超導(dǎo)限流器，兩交流繞組之間的引線較長，且需從高壓跨過低壓再到高壓，給高壓絕緣的安全帶來重大隱患。
[0034]參見圖2-1，其為本實用新型的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器實施例一，包括組成超導(dǎo)限流器一相的第一和第二兩個口字型鐵心41、42，口字形鐵心在垂直方向的兩柱分別稱為交流鐵心柱91、92、直流鐵心柱81、82，兩個交流繞組31和32、I個包含超導(dǎo)繞組7的杜瓦5、I個油箱1，2個交流繞組31、32分別套裝在兩個交流鐵心柱91和92上，并安裝在同一個油箱I內(nèi)，浸泡在變壓器油2中，交流繞組之間設(shè)有聯(lián)接引線10 ;超導(dǎo)繞組7則同時套裝兩個直流鐵心柱81和82，杜瓦內(nèi)裝有液氮6。第一、第二鐵心平面間的夾角Θ為O。，兩鐵心前后平行，兩交流鐵心柱(91、92)位于直流鐵心柱(81、82)的同一側(cè)。
[0035]圖2-2為本實用新型的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器實施例二，與實施例一不同之處在于:有2個超導(dǎo)繞組71和72，分別套裝兩個直流鐵心柱，并分別置于各自杜瓦中，杜瓦內(nèi)裝有液氮6。
[0036]參見圖3，其為本實用新型的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器實施例三，與實施例一不同之處在于第一、第二鐵心平面間的夾角大于0°且小于180°。兩鐵心可單獨制作也可做成一體。
[0037]本實用新型中油箱內(nèi)只有交流繞組，杜瓦內(nèi)只有超導(dǎo)繞組，而鐵心置于空氣中，此結(jié)構(gòu)將超導(dǎo)限流器分成了三部分，分別為油箱、杜瓦和鐵心，使其互不影響。
[0038]三種結(jié)構(gòu)均可實現(xiàn)冷熱兩種介質(zhì)及其容器的分離，從而避免了變壓器油運行時的安全隱患；可以更方便地觀察其低溫絕熱杜瓦的絕熱情況，方便維護(hù)；避免了絕熱杜瓦由于周圍高溫變壓器油對其熱負(fù)荷的影響；縮短了兩交流繞組之間的聯(lián)接引線。另外本實用新型不會改變磁路的原有路徑，故對限流器的電磁性能無影響。
[0039]所述的高壓超導(dǎo)限流器當(dāng)兩個鐵心平面間的夾角Θ在0°?180°之間時，由直流鐵心柱81和82構(gòu)成的中柱鐵心截面形狀的設(shè)計方法包括以下步驟:參見圖4-1、圖4-2.[0040]中柱鐵心和其中一個交流鐵心柱截面形狀分別如圖4-1，圖4-2所示，其中兩鐵心柱的疊片厚度a相等，兩鐵心柱各疊片相互對應(yīng)、平行，且均與水平線的夾角為Θ /2。圖4-1中所示兩個直流鐵心柱截面81和82關(guān)于直線C1C2 (也即兩鐵心夾角的角平分線)完全對稱，只闡述其中一個直流鐵心柱81的截面形狀及其計算方法。在一個半圓內(nèi)，面積被分成了 S1、S2、S3和S4四部分，而外邊框被分成了 L1、L2、L3、L4和L5五部分。其中S2為直流鐵心柱的截面積，SI和S3部分為兩鐵心前后夾緊時夾件及拉板預(yù)留空間，S4為兩直流鐵心柱81和82為避免電接觸發(fā)生短路用絕緣板將其隔開而預(yù)留空間。
[0041]確定中柱鐵心截面尺寸步驟如下:
[0042]1、確定中柱外接圓直徑Φ。根據(jù)直流鐵心柱的截面積，設(shè)為S，按照常規(guī)疊片工藝和該結(jié)構(gòu)疊片鐵心的有效填充系數(shù)f和疊片系數(shù)k，同時使中柱半圓鐵心中的180- Θ /2角度對應(yīng)面積等于S，估算出此時的外接圓輪廓直徑Φ。
[0043]2、確定邊框L3，根據(jù)常規(guī)階梯圓形鐵心的級數(shù)及各級片寬設(shè)計，可得到L3。
[0044]3、確定LI和L5，L5與C1C2平行，距離為兩鐵心81和82之間絕緣板厚度的一半，一般設(shè)計為5-15mm ；L1和L3兩邊框平行且寬度相同，且與直線C1C2的夾角為Θ /2，其一端在外接圓的圓周上，另一端與L5相接。
[0045]4、確定L2和L4，L2和L4為對應(yīng)交流鐵心柱每級厚度且在中柱外接圓包絡(luò)線內(nèi)即可。在實際工程中，直流鐵心柱是由多級硅鋼片疊裝而成，如圖3中柱截面圖可以看出。上述確定直流鐵心柱截面的步驟I中，S2的面積要大于實際面積S，在中柱鐵心的外接圓直徑Φ估算中已考慮到這一點，實際設(shè)計中LI小于Φ/2，因此Φ比實際值大，設(shè)計還需對各級疊片寬度及厚度進(jìn)行微調(diào)，得到最終的實際截面積S。
【權(quán)利要求】
1.一種冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，包括組成超導(dǎo)限流器每一相的第一和第二兩個口字型鐵心(41、42)，口字形鐵心在垂直方向的兩柱分別稱為交流鐵心柱(91、92)、直流鐵心柱(81、82)，以及交流繞組(31)、I個或2個包含超導(dǎo)繞組(7)的杜瓦(5)、I個油箱(I)，其特征是:所述的交流繞組共有2個(31、32)，分別套裝在兩個交流鐵心柱上，并安裝在同一個油箱(I)內(nèi)，浸泡在變壓器油(2)中，交流繞組之間設(shè)有聯(lián)接引線(10) ;1個超導(dǎo)繞組(7)同時套裝兩個直流鐵心柱或2個超導(dǎo)繞組(7)分別套裝兩個直流鐵心柱，都置于裝有液氮(6)的杜瓦內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的第一、第二鐵心平面間的夾角Θ為O。，兩鐵心前后平行，兩交流鐵心柱(91、92)位于直流鐵心柱(81、82)的同一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的第一、第二鐵心平面間的夾角Θ大于0°且小于180°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任意一項冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的直流鐵心柱截面積大于交流鐵心柱截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的直流鐵心柱(81)和(82 )的截面積分別大于交流鐵心柱(91)和(92 )的截面積，兩者截面比設(shè)為η ;交流鐵心柱(91)與直流鐵心柱(81)的疊片厚度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的杜瓦(5)的水平橫截面為圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷熱介質(zhì)及其容器分離的高壓超導(dǎo)限流器，其特征是:所述的杜瓦(5)的水平橫截面為圓形。
【文檔編號】H01F27/24GK203774773SQ201420023066
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】陳輝祥, 信贏, 朱浩駿, 韋斌, 余夢澤, 王立中, 張利鋒, 牛瀟曄 申請人:廣東電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心, 北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司