專利名稱：一種具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種超導(dǎo)故障限流裝置，具體涉及的是一種具有自保護(hù)功能的復(fù) 合型超導(dǎo)故障限流裝置，屬于電力設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年，隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，特別是高溫超導(dǎo)體和MgB2的發(fā)展，超導(dǎo)限流器的研 究成為了熱點(diǎn)。超導(dǎo)故障限流器應(yīng)用于高壓電網(wǎng)，集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一體，可有效限制 短路故障后系統(tǒng)的短路電流。在電力系統(tǒng)正常工作時(shí)，超導(dǎo)故障限流器(SFCL)處于超導(dǎo) 態(tài)，幾乎不消耗能量，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響，一旦發(fā)生故障，超導(dǎo)故障限流器(SFCL)瞬間失超，產(chǎn) 生一個(gè)很大的限流電阻來(lái)抑制短路故障電流，能夠改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。應(yīng)用在大容量電網(wǎng)的超導(dǎo)故障限流器需承受電力系統(tǒng)中的高電壓和大電流。為了 具有超導(dǎo)故障限流器相對(duì)于高壓的承受能力，應(yīng)當(dāng)串聯(lián)大量超導(dǎo)體；而要使其具有相對(duì)于 大電流的承受能力，還應(yīng)當(dāng)并聯(lián)大量超導(dǎo)體，但這不僅增加了故障限流器的體積和制作成 本，且對(duì)制冷系統(tǒng)也提出了更高的要求，同時(shí)也容易引起超導(dǎo)材料局部失超，這會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn) 定的可靠性。超導(dǎo)材料響應(yīng)時(shí)間快，能在故障電流的第一個(gè)半周波內(nèi)由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)限 流。這對(duì)承擔(dān)換流任務(wù)的開關(guān)提出了更高的要求。目前輸電系統(tǒng)中大量采用的機(jī)械式斷路 器不能靈活、連續(xù)和快速的動(dòng)作；采用功率半導(dǎo)體器件作為主開關(guān)的固態(tài)斷路器雖然具有 開斷時(shí)間短、無(wú)弧無(wú)光無(wú)聲響等優(yōu)點(diǎn)，但也存在造價(jià)昂貴、器件的通態(tài)損耗高、單管容量有 限等缺點(diǎn)?，F(xiàn)有的超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)材料失超恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)的重合閘。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種體積小且響應(yīng)速度快的 具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，使用較少的超導(dǎo)材料就能限制系統(tǒng)中的故障 電流，具有超導(dǎo)材料失超恢復(fù)時(shí)間短和制冷成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括限流電抗器、鐵心和設(shè)置在鐵心上的第一線圈及第二線圈；第一線圈 上串聯(lián)有快速開關(guān)，快速開關(guān)和第一線圈之間還串聯(lián)有超導(dǎo)體，組成第一支路；第一支路、 限流電抗器和第二線圈三者相互并聯(lián)。并聯(lián)有限流電抗器，能在故障時(shí)，與第二線圈共同進(jìn) 行限流，能通過調(diào)整限流電抗器的阻抗值靈活地將短路故障電流限制到指定水平。上述快速開關(guān)包括串聯(lián)到第一支路上的靜觸點(diǎn)和與其相適配的動(dòng)觸點(diǎn)?？焖匍_關(guān) 能在故障時(shí)，切斷超導(dǎo)體所在第一支路，限流任務(wù)交由限流電抗器和第二線圈共同完成，避 免了超導(dǎo)體長(zhǎng)期承受短路電流造成的能量損耗。可以使用較少的超導(dǎo)材料，避免多個(gè)超導(dǎo) 體串并聯(lián)，縮減了超導(dǎo)體體積，有利于超導(dǎo)體的失超恢復(fù)，能更好的配合故障切除后系統(tǒng)的 重合閘，同時(shí)降低了制冷成本。
3
上述動(dòng)觸點(diǎn)為圓形銅盤。上述超導(dǎo)體為高溫超導(dǎo)體。上述高溫超導(dǎo)體的形狀為塊狀、薄膜型或者線型。本發(fā)明的有益效果(1)具有響應(yīng)速度快、大電流限流能力強(qiáng)和安全性高等優(yōu)點(diǎn)， 能適用于最需要限制短路電流的大電網(wǎng)中；(2)并聯(lián)有限流電抗器，能在故障時(shí)，與第二線 圈共同進(jìn)行限流，能通過調(diào)整限流電抗器的阻抗值靈活地將短路故障電流限制到指定水 平；(3)基于超快速磁力的快速開關(guān)，能在故障時(shí)切斷超導(dǎo)體所在第一支路，限流任務(wù)交由 限流電抗器和第二線圈共同完成，避免了超導(dǎo)體長(zhǎng)期承受短路電流造成的能量損耗，降低 了對(duì)超導(dǎo)體耐壓能力的需求；(4)可以使用較少的超導(dǎo)材料，避免多個(gè)超導(dǎo)體串并聯(lián)，縮減 了超導(dǎo)體體積，有利于超導(dǎo)體的失超恢復(fù)，能更好的配合故障切除后系統(tǒng)的重合閘，同時(shí)降 低了制冷成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；圖1為電網(wǎng)正常電流流過時(shí)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電網(wǎng)故障電流流過時(shí)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為快速開關(guān)的工作原理圖(圖中箭頭方向?yàn)榇懦夥较?。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1和圖2，本發(fā)明包括限流電抗器1、鐵心2和繞制在鐵心2上的第一線圈 3及第二線圈4。第一線圈3上串聯(lián)有快速開關(guān)5，在第一線圈3和快速開關(guān)5之間還串聯(lián) 有超導(dǎo)體6組成第一支路，第一支路、第二線圈4和限流電抗器1三者相互并聯(lián)后接于電網(wǎng) 中。其中，第一線圈3和第二線圈4均為普通導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)與繞向可以根據(jù)限流要 求來(lái)改變。超導(dǎo)體6可選用置于冷卻容器中的塊狀、薄膜型或者線型高溫超導(dǎo)體。冷卻容器 可以是杜瓦；高溫超導(dǎo)體所需的冷卻環(huán)境可以用制冷液制冷的方式提供，也可用制冷機(jī)制 冷的方式提供。參見圖3，快速開關(guān)5包括動(dòng)觸點(diǎn)52和串聯(lián)到第一支路電力線上的靜觸點(diǎn)51，該 動(dòng)觸點(diǎn)52能在與靜觸點(diǎn)51接觸以允許電流在該電力線上流動(dòng)的位置和通過來(lái)自鐵心2的 磁力從靜觸點(diǎn)51分離以便斷開該電力線的位置之間切換；快速開關(guān)5的動(dòng)觸點(diǎn)52為圓形銅盤。通過改變限流電抗器1的阻抗值可將電網(wǎng)短路電流限制到指定水平。參見圖1，正常運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明串接于電網(wǎng)中，快速開關(guān)5處于閉合狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)中 的額定電流流過本發(fā)明時(shí)，超導(dǎo)體6處于超導(dǎo)狀態(tài)，第一支路兩端的電壓與第二線圈4兩端 的電壓相等且值為零，鐵心2中的磁通維持不變，限流電抗器1兩端的電壓也為零，從而整 個(gè)裝置串聯(lián)在電網(wǎng)中，對(duì)外不呈阻抗，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響，。
參見圖2和圖3，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)超過超導(dǎo)體6臨界電流的短路電流時(shí)，超導(dǎo)體6失超 呈現(xiàn)出高阻抗，超導(dǎo)體6兩端的電壓將不在為零，超導(dǎo)體6失超將破壞第一線圈3與第二線 圈4兩端的電壓平衡，第一線圈3和第二線圈4兩端的電壓將不再相等，鐵心2中的磁通將 發(fā)生突變，穿過快速開關(guān)5的圓形銅盤的磁通也隨之變化，為了阻止該磁通的變化，圓形銅 盤中將感應(yīng)出渦流，該渦流將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)離鐵心2的磁力，從而將圓形銅盤與靜觸點(diǎn)51 分離，使第一支路斷開。此時(shí)短路電流將僅在第二線圈4和限流電抗器1中流過，通過改變 限流電抗器1的阻抗值可以將短路電流限制到指定水平。本發(fā)明的有益效果(1)具有響應(yīng)速度快、大電流限流能力強(qiáng)和安全性高等優(yōu)點(diǎn)， 能適用于最需要限制短路電流的大電網(wǎng)中；(2)并聯(lián)有限流電抗器1，能在故障時(shí)，與第二 線圈4共同進(jìn)行限流，能通過調(diào)整限流電抗器1的阻抗值靈活地將短路故障電流限制到指 定水平；(3)基于超快速磁力的快速開關(guān)5，能在故障時(shí)切斷超導(dǎo)體6所在第一支路，限流任 務(wù)交由限流電抗器1和第二線圈4共同完成，避免了超導(dǎo)體6長(zhǎng)期承受短路電流造成的能 量損耗，降低了對(duì)超導(dǎo)體6耐壓能力的需求；(4)可以使用較少的超導(dǎo)材料，避免多個(gè)超導(dǎo) 體6串并聯(lián)，縮減了超導(dǎo)體6體積，有利于超導(dǎo)體6的失超恢復(fù)，能更好的配合故障切除后 系統(tǒng)的重合閘，同時(shí)降低了制冷成本。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，其特征在于，包括限流電抗器 (1)、鐵心(2)和設(shè)置在鐵心(2)上的第一線圈(3)及第二線圈(4)；所述第一線圈(3)上 串聯(lián)有快速開關(guān)(5)，所述快速開關(guān)(5)和第一線圈(3)之間還串聯(lián)有超導(dǎo)體(6)，組成第 一支路；所述第一支路、限流電抗器(1)和第二線圈(4)三者相互并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，其特征在于， 所述快速開關(guān)(5)包括串聯(lián)到第一支路上的靜觸點(diǎn)(51)和與其相適配的動(dòng)觸點(diǎn)(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，其特征在于， 所述動(dòng)觸點(diǎn)(52)為圓形銅盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置， 其特征在于，所述超導(dǎo)體(6)為高溫超導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，其特征在于， 所述高溫超導(dǎo)體的形狀為塊狀、薄膜型或者線型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自保護(hù)功能的復(fù)合型超導(dǎo)故障限流裝置，包括限流電抗器(1)、鐵心(2)和設(shè)置在鐵心(2)上的第一線圈(3)及第二線圈(4)；所述第一線圈(3)上串聯(lián)有快速開關(guān)(5)，所述快速開關(guān)(5)和第一線圈(3)之間還串聯(lián)有超導(dǎo)體(6)，組成第一支路；所述第一支路、限流電抗器(1)和第二線圈(4)三者相互并聯(lián)。本發(fā)明體積小且響應(yīng)速度快，使用較少的超導(dǎo)材料就能限制系統(tǒng)中的故障電流，具有超導(dǎo)材料失超恢復(fù)時(shí)間短和制冷成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102005750SQ201010586960
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者姚成, 姚磊, 梅軍, 鄭建勇 申請(qǐng)人:東南大學(xué)