專利名稱：直流超導故障限流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種直流電力系統(tǒng)故障保護裝置。
背景技術：
為了限制短路電流，通常采用的方法是安裝直流斷路器，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，斷路器切斷短路電流，達到故障保護的目的。目前，直流斷路器主要包括轉換電路和交流斷路器，故障短路后，通過轉換電路產生一個人為的電流零點，再用交流斷路器來開斷短路電流。由于斷路器的轉換電路需要檢測到短路信號后動作，所以斷路器的反應時間較長，這不利于電力系統(tǒng)的快速保護；因正常運行時，斷路器儲存的能量很大，所以，在故障保護時，就會出現過電壓。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現有的直流斷路器反應時間長和產生過電壓的缺點，提供一種直流超導故障限流器。該直流超導故障限流器集檢測、觸發(fā)、限流于一身，反應速度快，并且不會產生過電壓，安全性好。
為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是在環(huán)形鐵芯上，繞制兩個電感相等的超導耦合線圈，其中一個超導線圈的兩端接到負載回路中，另一個超導線圈與直流電源和電阻相串聯(lián)，超導耦合線圈用冷卻裝置冷卻。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)運行時呈現低阻抗甚至零阻抗，只在發(fā)生故障時呈現大阻抗，因而限流效果明顯，對系統(tǒng)正常運行特性無影響，且運行損耗極低。
(2)響應時間短，可靠性高，而且，系統(tǒng)正常運行時，超導線圈儲存能量很小，故障保護后不會產生過電壓。
(3)集檢測、觸發(fā)、限流于一體，結構簡單，不需外加控制電路，而且由于超導體載流密度高的優(yōu)點，可使得限流器體積較小。


圖1是本發(fā)明在直流系統(tǒng)中的電路圖。
圖2是本發(fā)明一種實施例的結構示意圖。
圖3是本發(fā)明中一種冷卻裝置的結構示意圖。
圖4(a)表示圖1發(fā)生短路故障后，未安裝限流器的負載回路電流，其橫坐標為時間/s，縱坐標為電流/A。
圖4(b)表示圖1發(fā)生短路故障后，安裝限流器的負載回路電流，其橫坐標為時間/s，縱坐標為電流/A。
圖5是本發(fā)明在整流直流源中的電路圖。
圖6(a)表示圖5發(fā)生短路故障后，未安裝限流器的交流側a相的電流，其橫坐標為時間/s，縱坐標為電流/A。
圖6(b)表示圖5發(fā)生短路故障后，安裝限流器的交流側a相的電流波形，其橫坐標為時間/s，縱坐標為電流/A。
具體實施例方式
由圖1、圖2所示，負載回路的直流電源為E1，負載電阻為R1，在環(huán)形鐵芯1上，繞制兩個電感相等的超導耦合線圈W1、W2，其中一個超導線圈W1作為限流線圈，兩端接到負載回路中，另一個超導線圈W2作為偏置線圈，與直流電源E2和電阻R2相串聯(lián)，超導耦合線圈W1、W2用冷卻裝置冷卻。
耦合線圈W1、W2可采用超導材料(如低溫超導體NbTi，高溫超導體Bi2223/Ag等)繞制。冷卻裝置可以采用裝有冷卻劑的低溫容器進行冷卻，根據使用的超導材料確定冷卻劑和冷卻溫度。
如圖3所示，圖3是一種現有的冷卻裝置，其中2是冷卻劑(液氮或液氦)入口，3是冷卻劑蒸氣出口，4是壓力調節(jié)管，5是耦合線圈W1、W2的電流引線，6是冷卻機，7包括耦合線圈W1、W2.和鐵芯1，8是冷卻劑。
將超導限流器的鐵芯1和耦合線圈W1、W2置于該裝置中，冷卻劑8從冷卻劑入口2不斷注入容器8中，用冷卻劑8對其進行直接冷卻，用制冷機6對容器內的冷卻劑8進行冷卻，通過壓力調節(jié)管4對容器內的壓力進行調節(jié)，蒸發(fā)的冷卻劑氣體則從出口3排出容器，超導耦合線圈W1、W2是通過電流引線5與外部電路相連的。冷卻裝置可以將超導耦合線圈W1、W2冷卻到液氮或液氦溫度。
正常運行時，調節(jié)偏置直流電源E2，使偏置電路電流i2與負載回路電流i1相等，方向相反。這樣，兩個超導耦合線圈W2和W1產生的磁通互相抵消，鐵芯中磁通為零，此時限流器呈現低阻抗，對系統(tǒng)無影響。
發(fā)生短路故障時，負載回路的電流增大，超導線圈W1自動進行限流，短路電流被超導線圈W1的自感L限制，限流器能在0.1s內將故障電流限制在正常值的2～3倍，具有良好的限流效果。因短路后的負載電流i1與超導線圈的自感L成反比，即超導線圈自感L越大，則限流效果越好，所以，其限流效果還可以通過提高超導線圈的自感L，得到進一步改善。
可用直流電流源替代上述直流電源E2和電阻R2，采用直流電流源可降低損耗。
本發(fā)明的效果舉例1 負載回路電源設為理想直流電源，如圖1所示，電源E1＝340V，電源E2＝300V，電阻R1＝8.6Ω，電阻R2＝8.4Ω，自感L＝1H，耦合系數k＝0.98，在時間t＝5s時，發(fā)生短路故障。
如圖4(a)所示，未裝限流器的系統(tǒng)，短路前，負載電流i1為35.4A；在短路后0.1s時間里，負載電流i1迅速達到穩(wěn)態(tài)值336A。
如圖4(b)所示，裝有限流器的系統(tǒng)，短路前，負載電流i1為35.4A；在短路后0.1s時間里，限流器可將負載電流i1限制在90A左右?？梢?，限流器的限流效果明顯。
本發(fā)明的效果舉例2 負載回路電源設為整流直流電源，如圖5所示，Ua＝311sin(ωt)V，Ub＝311sin(ωt-120°)V，Uc＝311sin(ωt+120°)V，三相橋式整流電路，控制角α＝0；電阻R1＝10Ω，電阻R2＝9Ω，自感L＝1H，耦合系數k＝0.98，在時間t＝5s時，發(fā)生短路故障。
如圖6(a)所示，未裝限流器的系統(tǒng)，短路前，交流側a相電流ia的幅值為47A；在短路后0.1s時間里，交流側a相的電流ia的幅值迅速達到穩(wěn)態(tài)值510A。
如圖6(b)所示，裝有限流器的系統(tǒng)，短路前，交流側a相電流ia的幅值為47A；在短路后0.1s時間里，限流器可將交流側a相電流ia的幅值限制在125A左右。可見，限流器的限流效果明顯。
在圖6(a)、6(b)中，顯示交流電流含有較大諧波，這是因為圖5僅僅是為了檢驗本發(fā)明的限流效果，在整流器中，沒有采取相應的消除諧波措施。在實際應用時，應根據交流側對諧波的要求，采取消除諧波的措施。
權利要求
1.一種直流超導故障限流器，其特征在于在環(huán)形鐵芯(1)上，繞制兩個電感相等的超導耦合線圈W1、W2，其中一個超導線圈W1的兩端接到負載回路中，另一個超導線圈W2與直流電源E2和電阻R2相串聯(lián)，超導耦合線圈W1、W2用冷卻裝置冷卻。
2.根據權利要求1所述的直流超導故障限流器，其特征在于用直流電流源替代上述直流電源E2和電阻R2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種直流超導故障限流器，它的結構是在環(huán)形鐵芯上，繞制兩個電感相等的超導耦合線圈W
文檔編號H02H3/087GK1595583SQ20041001334
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權日2004年6月23日
發(fā)明者唐躍進, 王晨 申請人:華中科技大學