專利名稱：超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于電力輸配電設(shè)備保護(hù)的短路電流限制技術(shù)，特別是一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)也在迅速發(fā)展，人們對電能的需求日益增長，同時(shí)對供電的可靠性以及供電質(zhì)量的要求也越來越高。因此電網(wǎng)聯(lián)系緊密，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，環(huán)網(wǎng)增多，電網(wǎng)向超大規(guī)模方向發(fā)展，使電網(wǎng)的容量越來越大。電力系統(tǒng)的高速發(fā)展導(dǎo)致了系統(tǒng)短路電流水平急劇增加，短路電流水平的增加不僅對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來更大的威脅，而且使原有開關(guān)設(shè)備的遮斷容量不能滿足系統(tǒng)發(fā)展的要求。
目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)限制短路電流措施主要有(1)增大主系統(tǒng)到配電設(shè)備間的阻抗，如采用高阻抗變壓器；中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地限制單相短路電流等。(2)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式來限制短路電流，如分割母線、分割系統(tǒng)以及對具有大容量機(jī)組的電廠采用單元接線等。
然而，上述方法實(shí)現(xiàn)起來都有一定的局限性，如采用高阻抗變壓器將使電壓調(diào)節(jié)變得困難；采用分割母線、分割系統(tǒng)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式來限制短路電流，使電站的出線回路數(shù)大大增加，這樣又會(huì)大大增加電站的投資，同時(shí)使本來已十分復(fù)雜的電站總體布置和出線走廊更加復(fù)雜化。為此必須尋求適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展、安全可靠、切實(shí)可行的限制系統(tǒng)短路電流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，將超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于限制輸配電線路的短路電流，使輸配電線路中的用電設(shè)備安全運(yùn)行。本發(fā)明與傳統(tǒng)的限流技術(shù)相比，超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器集檢測、觸發(fā)和限流于一身，是目前最理想的限流技術(shù)。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其包括一鐵心，呈橫置日字形，由冷軋硅鋼片裁剪疊合而成；兩個(gè)銅線繞組，由銅漆包線分別繞在橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱上，兩個(gè)銅線繞組的同名端相連接，串接在供電網(wǎng)絡(luò)中；一超導(dǎo)繞組，由高溫超導(dǎo)帶材繞在橫置日字形鐵心的中間鐵柱上；一超導(dǎo)電感線圈，與所述的超導(dǎo)繞組串聯(lián)；一直流偏壓源，為可調(diào)的直流電源，與所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈串聯(lián)形成回路；一非金屬液氮容器，將所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈容置于其中。
所述的硅鋼片的厚度為0.30～0.35毫米。
所述的橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱的橫截面積相等。
所述的橫置日字形鐵心的中間鐵柱的橫截面積為兩側(cè)的鐵柱的橫截面積之和。
所述的高溫超導(dǎo)帶材為鉍系高溫超導(dǎo)帶材。
所述的超導(dǎo)繞組由分繞組串聯(lián)而成，每一對中的兩個(gè)分繞組之間為連續(xù)的高溫超導(dǎo)帶材，無焊接接頭。
所述的銅線繞組由分段圓筒式繞組連接而成。
所述的超導(dǎo)電感線圈為空心線圈，由鉍系高溫超導(dǎo)帶材繞制而成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，響應(yīng)速度快。超導(dǎo)線圈不存在失超問題，有多次自啟動(dòng)功能，可用于重合閘場合。線路短路故障時(shí)產(chǎn)生的過電壓小，對直流偏壓源影響小。該裝置基本上由鐵心電抗器、超導(dǎo)繞組和直流偏壓源組成，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的工作原理示意圖；圖2為超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為分段圓筒式繞組示意圖；圖4為超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的Ψ-I特性曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
請參考附圖1和2，分別為超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的工作原理示意圖和超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的結(jié)構(gòu)示意圖。為了便于說明和作圖，此二附圖只表示超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的單相結(jié)構(gòu)，對于電力系統(tǒng)的三相電力線路，每一相都具有同樣的故障限流器的結(jié)構(gòu)，在此予以說明。
如圖2所示，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其包括一鐵心4，呈橫置日字形，由冷軋硅鋼片裁剪疊合而成；兩個(gè)銅線繞組1和2，由銅漆包線分別繞在橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱41和42上，如圖1所示，兩個(gè)銅線繞組的同名端相連接，串接在供電網(wǎng)絡(luò)8中；一超導(dǎo)繞組3，由高溫超導(dǎo)帶材繞在橫置日字形鐵心的中間鐵柱43上；一超導(dǎo)電感線圈5，與所述的超導(dǎo)繞組3串聯(lián)；一直流偏壓源6，為可調(diào)的直流電源，與所述的超導(dǎo)繞組3和超導(dǎo)電感線圈5串聯(lián)形成回路，通過調(diào)節(jié)電源輸出電流值使鐵心4處于深度飽和狀態(tài)；一非金屬液氮容器7，將所述的超導(dǎo)繞組3和超導(dǎo)電感線圈5容置于其中。
為了減少鐵心4的損耗，本發(fā)明的全部鐵心結(jié)構(gòu)件無閉合電回路，并保證鐵心4各部位的絕緣，以避免由于漏磁穿越結(jié)構(gòu)件所產(chǎn)生的附加損耗和結(jié)構(gòu)件的發(fā)熱。另外，鐵心4的壓緊螺桿和拉緊螺桿均采用低導(dǎo)磁不銹鋼材料，以減少漏磁切割時(shí)產(chǎn)生的附加損耗和發(fā)熱。
所述的裁剪疊合而成鐵心4的硅鋼片的厚度為0.30～0.35毫米。
所述的橫置日字形鐵心4兩側(cè)的鐵柱41和鐵柱42的橫截面積相等。
所述的橫置日字形鐵心4的中間鐵柱43的橫截面積為兩側(cè)的鐵柱41和鐵柱42的橫截面積之和。
所述的高溫超導(dǎo)帶材為鉍系高溫超導(dǎo)帶材。
所述的超導(dǎo)繞組3由分繞組串聯(lián)而成，每一對中的兩個(gè)分繞組之間為連續(xù)的高溫超導(dǎo)帶材，無焊接接頭。
如圖3所示，為了避免在限流繞組兩端產(chǎn)生過電壓，所述的銅線繞組1和2由分段圓筒式繞組連接而成。A為繞組的首端，X為繞組的尾端。相臨兩段圓筒繞組間有過度連接導(dǎo)線和風(fēng)的通道。該繞組結(jié)構(gòu)不僅具有普通圓筒式繞組的耐沖擊特性，而且還解決了繞組層間電壓偏高的問題，是一種較為理想的繞組結(jié)構(gòu)。
所述的超導(dǎo)電感線圈5為空心線圈，由鉍系高溫超導(dǎo)帶材繞制而成。
下面結(jié)合附圖4超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的Ψ-I特性曲線，進(jìn)一步說明本發(fā)明超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器限制故障電流的原理，如圖4所示，超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的阻抗可以通過Ψ-I(Ψ代表磁通，I代表電流)特性曲線得到說明，圖中曲線①表示鐵心4無直流偏壓源的磁化曲線。當(dāng)|ψ|≤ψ1時(shí)，鐵心4不飽和，電感值較大，即L＝tgβ1；當(dāng)|ψ|≥ψ1時(shí)，鐵心4飽和，電感值較小，即L＝tgβ2。曲線②和曲線③表示鐵心4有直流偏壓源6的磁化曲線。曲線④是曲線②和曲線③合成的。因此限流器電感L＝dψ/dt為；L=2tgβ2|I|≤IaL=tgβ1+tgβ2Ia<|I|≤IbL=2tgβ2|I|>Ib]]>當(dāng)電網(wǎng)8正常工作時(shí)，調(diào)節(jié)直流偏壓源6使鐵心4深度飽和，即工作在a-a’段上，限流器裝置阻抗較小。當(dāng)電網(wǎng)8發(fā)生故障時(shí)，即工作在a-b段和a’-b’段上，原邊交流繞組電流急劇增大，鐵心在一個(gè)周期內(nèi)交替去飽和，此時(shí)，故障限流器具有較大的暫態(tài)阻抗值，從而限制了故障電流。
本發(fā)明根據(jù)不同電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)可以生產(chǎn)不同型號的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，下面列舉兩種型號的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器例一
10kV/800kVar超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器。
技術(shù)指標(biāo)額定電壓10kV，額定電流44A，限制電流220A，響應(yīng)時(shí)間10ms。
需要7.5kAm鉍系高溫超導(dǎo)帶材，用于制作超導(dǎo)繞組3；銅導(dǎo)線材816公斤，用于制作兩個(gè)銅線繞組1和2；厚度為0.3毫米的冷軋無去向硅鋼片3208公斤，用于制作鐵心4。
例二400V/800kVar超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器。
技術(shù)指標(biāo)額定電壓400V，額定電流1155A，限制電流5775A，響應(yīng)時(shí)間15ms。
需要188kAm鉍系高溫超導(dǎo)帶材，用于制作超導(dǎo)繞組3；銅導(dǎo)線材450公斤，用于制作兩個(gè)銅線繞組1和2；厚度為0.3毫米的冷軋無去向硅鋼片3208公斤，用于制作鐵心4。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其特征在于，包括一鐵心，呈橫置日字形，由冷軋硅鋼片裁剪疊合而成；兩個(gè)銅線繞組，由銅漆包線分別繞在橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱上，兩個(gè)銅線繞組的同名端相連接，串接在供電網(wǎng)絡(luò)中；一超導(dǎo)繞組，由高溫超導(dǎo)帶材繞在橫置日字形鐵心的中間鐵柱上；一超導(dǎo)電感線圈，與所述的超導(dǎo)繞組串聯(lián)；一直流偏壓源，為可調(diào)的直流電源，與所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈串聯(lián)形成回路；一非金屬液氮容器，將所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈容置于其中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的硅鋼片的厚度為0.30～0.35毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱的橫截面積相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的橫置日字形鐵心的中間鐵柱的橫截面積為兩側(cè)的鐵柱的橫截面積之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的高溫超導(dǎo)帶材為鉍系高溫超導(dǎo)帶材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的超導(dǎo)繞組由分繞組串聯(lián)而成，每一對中的兩個(gè)分繞組之間為連續(xù)的高溫超導(dǎo)帶材，無焊接接頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的銅線繞組由分段圓筒式繞組連接而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，其中，所述的超導(dǎo)電感線圈為空心線圈，由鉍系高溫超導(dǎo)帶材繞制而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器，包括一鐵心，呈橫置日字形；兩個(gè)銅線繞組，由銅漆包線分別繞在橫置日字形鐵心兩側(cè)的鐵柱上，兩個(gè)銅線繞組的同名端相連接，串接在供電網(wǎng)絡(luò)中；一超導(dǎo)繞組，由高溫超導(dǎo)帶材繞在橫置日字形鐵心的中間鐵柱上；一超導(dǎo)電感線圈，與所述的超導(dǎo)繞組串聯(lián)；一直流偏壓源，為可調(diào)的直流電源，與所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈串聯(lián)形成回路；一非金屬液氮容器，將所述的超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)電感線圈容置于其中，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，響應(yīng)速度快，超導(dǎo)線圈不存在失超問題，有多次自啟動(dòng)功能，可用于重合閘場合，線路短路故障時(shí)產(chǎn)生的過電壓小，對直流偏壓源影響小。
文檔編號H02H9/02GK1635641SQ200310123539
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者張永, 信贏, 王金星, 何硯發(fā), 龔偉志, 劉航, 王洋, 柳楊, 任安林 申請人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司