專利名稱：復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于大容量電力傳輸及分配網(wǎng)中限制電力系統(tǒng)短路故障電流的保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前最常用的電力故障電流限流裝置是由空心電感制成的限流電抗器。但是由于這種電抗器的電感值是固定的，因此不能適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行條件變化的要求，無法克服增大限制故障電流能力與減小電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電壓損失之間的矛盾，因而它的有效使用受到限制。
高溫超導(dǎo)材料出現(xiàn)后，一系列利用高溫超導(dǎo)特性設(shè)計(jì)的不同類型的高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器相繼問世。高溫超導(dǎo)體具有本征限流特性，即超導(dǎo)態(tài)的零點(diǎn)阻和失超后進(jìn)入正常態(tài)出現(xiàn)的電阻，因此，超導(dǎo)體本身就是一個(gè)限流器，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，卻不能簡(jiǎn)單達(dá)到電力系統(tǒng)限流應(yīng)用的要求。
利用飽和電抗器設(shè)計(jì)制作的電抗型限流器，由于其工作特征，無法在技術(shù)上利用傳統(tǒng)導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用原有的低溫超導(dǎo)體，技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)，但運(yùn)行成本太高，實(shí)際運(yùn)行中又出現(xiàn)解決不了的經(jīng)濟(jì)效益問題。由于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的成功研制，它已可用來制成高安-匝線圈。隨著臨界電流等應(yīng)用屬性的提高，用高溫超導(dǎo)線圈來制備飽和電抗型故障限流器已具有可行性。
利用高溫超導(dǎo)體本征限流特性的電阻式限流器響應(yīng)速度快，但大電流限流能力弱；磁飽和式限流器的響應(yīng)速度慢，但對(duì)大電流限流能力強(qiáng)且安全性高。所以，單獨(dú)使用其中一種限流器無法滿足大容量電力傳輸及分配網(wǎng)中限制電力系統(tǒng)短路故障電流的實(shí)際要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，該限流器兼有電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器和磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的優(yōu)點(diǎn)，即具有響應(yīng)速度快、大電流限流能力強(qiáng)和安全性高的特點(diǎn)；同時(shí)，該限流器避免了電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器大電流限流能力弱的缺點(diǎn)和磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，完全滿足大容量電力傳輸及分配網(wǎng)中限制電力系統(tǒng)短路故障電流的實(shí)際要求。
本發(fā)明的基本思路是將電阻式和磁飽和式兩種高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器進(jìn)行串聯(lián)復(fù)合，從而構(gòu)成一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器。這種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器解決了上述兩種高溫超導(dǎo)電力故障限流器單獨(dú)使用時(shí)的響應(yīng)速度和大電流限流能力的問題，且能大大提高安全性，從而可實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明技術(shù)方案如下一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，包括磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2，其特征是，磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2相串聯(lián)。
所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2可以分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，以便于復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器在使用過程中分別對(duì)磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1或電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2進(jìn)行在線維護(hù)。
所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1由兩個(gè)鐵芯電抗器(3、4)串聯(lián)而成，如圖2所示，每個(gè)鐵芯電抗器由閉合磁芯、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組組成；每個(gè)閉合磁芯可以由兩個(gè)C形磁芯(如圖3所示)或是兩個(gè)L形磁芯(如圖4所示)連接在一起構(gòu)成；初級(jí)繞組為普通導(dǎo)線繞成的線圈；次級(jí)繞組是由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制的線圈，并置于冷卻容器中；兩個(gè)初級(jí)繞組的繞線方向相反，兩個(gè)次級(jí)繞組的繞線方向一致(或兩個(gè)初級(jí)繞組的繞線方向一致，兩個(gè)次級(jí)繞組的繞線方向相反)。
所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1還可以在磁芯上增加一個(gè)監(jiān)控線圈，以感應(yīng)初級(jí)繞組中通過的工作電流來隨時(shí)掌握磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1的工作狀態(tài)。
所述次級(jí)繞組的線圈結(jié)構(gòu)可以是復(fù)合餅式線圈或螺線管式線圈，分別如圖7和圖8所示。
所述電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2為一個(gè)具有相對(duì)較高基體電阻的高溫超導(dǎo)元件，并置于冷卻容器中，如圖5所示，包括高阻值基體6和高溫超導(dǎo)體5。所述高溫超導(dǎo)體5可以是條塊狀、薄膜狀、線狀等高溫超導(dǎo)體。所述高阻值基體6可以是具有高電阻率的金屬基體。使用時(shí)，電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2的兩端與電力線7相連。
上述冷卻容器可以是杜瓦瓶；高溫超導(dǎo)體所需的冷卻工作環(huán)境可以用制冷液制冷的方式提供，也可以用制冷機(jī)制冷的方式提供。
所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1實(shí)際為一種利用高溫超導(dǎo)直流偏置線圈構(gòu)成的飽和電抗器。如圖1所示，工作時(shí)，在次級(jí)繞組上施加支流偏執(zhí)電壓；將初級(jí)繞組連接在輸電線路中。此時(shí)，兩個(gè)次級(jí)繞組實(shí)際上成為超導(dǎo)直流偏置線圈，以其足夠的直流安匝值產(chǎn)生一個(gè)直流磁化場(chǎng)，使鐵芯處于深度飽和狀態(tài)。當(dāng)額定交流電流通過串連在輸電線路中初級(jí)繞組時(shí)，由于鐵芯處于磁飽和狀態(tài)，此時(shí)初級(jí)繞組在電網(wǎng)中處于低感抗?fàn)顟B(tài)；而當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，瞬間增大的電流使初級(jí)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在限流器的一組鐵芯中，增加至完全抵消導(dǎo)直流偏置線圈(次級(jí)繞組)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，于是鐵芯由飽和狀態(tài)進(jìn)入正常態(tài)，初級(jí)繞組瞬時(shí)產(chǎn)生高感抗，從而自動(dòng)限制了電網(wǎng)中短路電流的增加。選用兩組鐵芯，且兩個(gè)繞組極性方向相反，的目是為了限制分別在正半周和負(fù)半周出現(xiàn)的短路電流。
這種限流器是由飽和電抗器和高溫超導(dǎo)技術(shù)結(jié)合而成的，它實(shí)際上是由兩個(gè)鐵芯電抗起串聯(lián)而成，每個(gè)鐵芯上的次級(jí)繞組是由高溫超導(dǎo)材料繞制成的直流偏置繞組，它們被置放于冷卻容器中。直流偏置繞組，以其足夠的直流安匝值使電抗器鐵芯充分飽和，以保證限流器的交流繞組上通過電網(wǎng)正常工作額定電流時(shí)，能提供飽和的低阻抗；反之，當(dāng)有大的故障短路電流通過限流器時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)鐵芯在不同電源半周交替去飽和。電抗器退出飽和時(shí)，自動(dòng)呈現(xiàn)高感抗，能有效地限制短路電流。次級(jí)繞組采用高溫超導(dǎo)材料，使得直流偏置線圈無電阻能量損耗，能提供更高的電流密度，從而大為降低的偏置電源電壓和容量，并大大縮小次級(jí)繞組的體積，最終實(shí)現(xiàn)飽和電抗器的實(shí)用性。
所述電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2工作時(shí)，串接于電網(wǎng)中。其等效電路如圖6所示，高溫超導(dǎo)體5可視為可變電阻R1，而高阻值基體可視為固定電阻R2，R1和R2并聯(lián)后串接于電網(wǎng)中。當(dāng)電網(wǎng)中的額定電流通過電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器時(shí)，由于額定電流小于高溫超導(dǎo)體5的臨界電流，高溫超導(dǎo)體5呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)(此時(shí)R1＝0)，電流從高溫超導(dǎo)體5中通過；當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)超過高溫超導(dǎo)體5的臨界電流的短路電流時(shí)，高溫超導(dǎo)體5失超并呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)(此時(shí)R1急劇增加)，短路電流轉(zhuǎn)向從高阻值基體6(R2)上通過，由于高阻值基體6自身電阻較電力線的電阻大得多，從而使得電網(wǎng)中的短路電流被限制。如果斷路故障電流仍然不能被有效限制，且繼續(xù)增加時(shí)，若果超過了電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的限流能力時(shí)，則電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器有可能被燒熔而形成斷路。
復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障限流器工作時(shí)，若果電網(wǎng)中出現(xiàn)短路故障電流，首先電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2自動(dòng)啟動(dòng)，故障電流被限制；如果故障電流仍然不能被有效限制，且電流繼續(xù)增加，此時(shí)磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1自動(dòng)起動(dòng)繼續(xù)限流，并對(duì)電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2形成保護(hù)避免燒毀的發(fā)生。復(fù)合高溫超導(dǎo)故障限流器的維護(hù)，可通過并接在故障限流器上的開關(guān)，分別對(duì)磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器或電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器進(jìn)行在線維護(hù)。
本發(fā)明的有益效果1、復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器響應(yīng)速度快、大電流限流能力強(qiáng)和安全性高，避免了電阻式電力故障電流限流器大電流限流能力弱的缺點(diǎn)和磁飽和式電力故障電流限流器響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)；2、采用高溫超導(dǎo)技術(shù)，大大降低了偏置電源電壓和容量，能提供更高的電流密度，完全滿足大容量電力傳輸及分配網(wǎng)中限制電力系統(tǒng)短路故障電流的實(shí)際要求；3、采用高溫超導(dǎo)技術(shù)，大大縮小了限流器的體積，大大提高了電力故障限流器的實(shí)用性；4、采用雙重限流保護(hù)，使得電網(wǎng)的安全保險(xiǎn)系數(shù)得到更大的提高；5、通過在限流器上并聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)，解決了實(shí)際高溫超導(dǎo)限流器電網(wǎng)在線的維護(hù)問題；6、避免了故障電流過大，電阻式限流器不能恢復(fù)而被燒毀的危險(xiǎn)。


圖1復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的總體電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，2為電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器。
圖2磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的結(jié)構(gòu)示意圖，3，4為兩個(gè)串聯(lián)的鐵芯電抗器。
圖3由兩個(gè)C型鐵芯構(gòu)成的閉合鐵芯示意圖。
圖4由兩個(gè)L型鐵芯構(gòu)成的閉合鐵芯示意圖。
圖5電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，5為高溫超導(dǎo)體，6為高阻值基體，7為電力線。
圖6電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器的等效電路示意圖。
圖7復(fù)合餅式線圈示意圖。
圖8螺線管式線圈示意圖。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，包括磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(2)，其特征是，磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(2)相串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(2)可以分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，以便于復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器在使用過程中分別對(duì)磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)或電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(2)進(jìn)行在線維護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)由兩個(gè)鐵芯電抗器(3、4)串聯(lián)而成，每個(gè)鐵芯電抗器由閉合磁芯、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組組成；每個(gè)閉合磁芯可以由兩個(gè)C形磁芯或是兩個(gè)L形磁芯連接在一起構(gòu)成；初級(jí)繞組為普通導(dǎo)線繞成的線圈；次級(jí)繞組是由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制的線圈，并置于冷卻容器中；兩個(gè)初級(jí)繞組的繞線方向一致，兩個(gè)次級(jí)繞組的繞線方向相反(或兩個(gè)初級(jí)繞組的繞線方向相反，兩個(gè)次級(jí)繞組的繞線方向一致)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)還可以在磁芯上增加一個(gè)監(jiān)控線圈，以感應(yīng)初級(jí)繞組中通過的工作電流來隨時(shí)掌握磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(1)的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述次級(jí)繞組的線圈結(jié)構(gòu)可以是復(fù)合餅式線圈或螺線管式線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器(2)為一個(gè)具有相對(duì)較高基體電阻的高溫超導(dǎo)元件，并置于冷卻容器中，包括高阻值基體(6)和高溫超導(dǎo)體(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述高溫超導(dǎo)體(5)可以是條塊狀、薄膜狀、線狀等高溫超導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述高阻值基體(6)可以是具有高電阻率的金屬基體。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、6所述的一種復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，其特征是，所述冷卻容器可以是杜瓦瓶；高溫超導(dǎo)體所需的冷卻工作環(huán)境可以用制冷液制冷的方式提供，也可以用制冷機(jī)制冷的方式提供。
全文摘要
復(fù)合高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器，屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及大容量電網(wǎng)中限制短路故障電流的保護(hù)裝置。由磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1和電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2相串聯(lián)構(gòu)成；二者可以分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，以便于使用過程中分別二者進(jìn)行在線維護(hù)；磁飽和式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器1為兩個(gè)串接的鐵芯電抗器，其次級(jí)繞組采用高溫超導(dǎo)線圈作為直流偏置線圈；電阻式高溫超導(dǎo)電力故障電流限流器2為一個(gè)具有相對(duì)較高基體電阻的高溫超導(dǎo)元件。該限流器具有響應(yīng)速度快、大電流限流能力強(qiáng)、體積更小、實(shí)用性更高、采用雙重限流保護(hù)，安全性更高等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足大容量電力傳輸及分配網(wǎng)中限制電力系統(tǒng)短路故障電流的實(shí)際要求。
文檔編號(hào)H02H3/08GK1790853SQ200510022229
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者金建勛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)