專利名稱：一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電抗器技術(shù)，具體涉及一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償，可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力，抑制系統(tǒng)過電壓。發(fā)展高壓、特高壓輸電是我國電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，特高壓、超高壓輸電對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量提出了更高的要求。可控電抗器是目前在電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置之一?？煽仉娍蛊魇且环N特殊的高壓或特高壓電抗器。通過對傳輸線路負(fù)荷的電抗進(jìn)行調(diào)節(jié)來提供連續(xù)的無功補(bǔ)償，控制電網(wǎng)中的無功容量，這樣就可以降低傳輸線路的損耗，同時(shí)提高傳輸?shù)挠泄θ萘俊Ｒ话阋饬x上的高壓、特高壓可控電抗器都是利用常導(dǎo)材料制成的，目前國內(nèi)外的傳統(tǒng)意義上的可控電抗器發(fā)展比較成熟，主要包括調(diào)電路式，調(diào)氣隙式和調(diào)磁路式以及TCR型四種。其中以調(diào)磁路式的磁閥式可控電抗器和磁飽和式可控電抗器應(yīng)用最廣。超導(dǎo)可控電抗器是基于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)電特性制成的，在低溫下運(yùn)行的超導(dǎo)可控電抗器和傳統(tǒng)意義上的可控電抗器相比，具有體積小、重量輕，效率高，阻燃，諧波小等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了裝置的成本和空間，提聞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)可控電抗器對電抗的調(diào)節(jié)主要包括兩種方式，一種方式就是不失超型超導(dǎo)可控電抗器，即在電抗器的調(diào)節(jié)過程中，超導(dǎo)材料不失超，在液氮低溫區(qū)完成調(diào)節(jié)；另外一種就是失超型超導(dǎo)可控電抗器，也就是傳統(tǒng)意義上的超導(dǎo)故障限流器。不失超型超導(dǎo)可控電抗器目前應(yīng)用的不多，分為可連續(xù)可調(diào)型超導(dǎo)可控電抗器和不可連續(xù)可調(diào)型超導(dǎo)可控電抗器。目前國內(nèi)外研究最深入的不連續(xù)可調(diào)的超導(dǎo)可控電抗器是飽和鐵芯型超導(dǎo)可控電抗器。而連續(xù)可調(diào)不失超型超導(dǎo)可控電抗器的研究還是本學(xué)科的前沿研究課題，特別是高壓、特高壓不失超型可連續(xù)可調(diào)的超導(dǎo)可控電抗器的研究，在理論和工程實(shí)踐方面都具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，目前已初步取得了一些理論成果。失超型超導(dǎo)可控電抗器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)(S)/正常態(tài)(N)轉(zhuǎn)變特性。線路正常時(shí)，超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)，其電抗值非常??；在發(fā)生故障時(shí)，它轉(zhuǎn)為正常態(tài)，也即失超，此時(shí)超導(dǎo)電抗器具有很大的電抗，也就實(shí)現(xiàn)了電抗的可調(diào)。失超型超導(dǎo)可控電抗器在實(shí)際中常用來限制故障電流。但失超型超導(dǎo)電抗器的缺點(diǎn)是電抗不能連續(xù)可調(diào)，而且存在失超保護(hù)和失超后的恢復(fù)問題，在實(shí)際應(yīng)用中控制起來比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器，目的在于大容量分檔調(diào)節(jié)電抗器的電抗，以補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，實(shí)現(xiàn)無功控制調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供的一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器，包括鐵芯、超導(dǎo)工作繞組和一個(gè)杜瓦，其特征在于，它還包括至少一個(gè)內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組和至少一個(gè)外側(cè)超導(dǎo)短路繞組，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組、超導(dǎo)工作繞組、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組和杜瓦由內(nèi)至外依次套在所述鐵芯的同一個(gè)芯柱上，且各相鄰部件之間均留有作為液氮通道的間隙。本發(fā)明提供的分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器(以下簡稱“電抗器”)，改善了輸電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高了輸電能力及電網(wǎng)的電能控制水平。具體而言，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:(I)本發(fā)明的電抗器充分利用了超導(dǎo)短路繞組的短路容量和電抗器的漏磁，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明的電抗器的各個(gè)繞組之間以及繞組和鐵芯之間均有一定的間隙，這些間隙給電抗器的漏磁通提供了通道，使得本發(fā)明的電抗器具有很大的漏抗，也使得電抗器的電抗主要表現(xiàn)為漏抗。通過對內(nèi)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組依次進(jìn)行短路和開路的操作，就可以改變間隙的漏磁通密度，當(dāng)對其中一個(gè)超導(dǎo)短路繞組進(jìn)行短路的時(shí)候，該超導(dǎo)短路繞組所包圍的空間里的漏磁通密度會急劇降低，表現(xiàn)為電抗器漏抗的降低。不同的超導(dǎo)短路繞組的短路個(gè)數(shù)對應(yīng)不同的電抗值，因此，可以改變內(nèi)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)電抗器的電抗值的分檔調(diào)節(jié)。另外，由于外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的存在，當(dāng)同時(shí)把內(nèi)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組進(jìn)行短路的時(shí)候，可以讓電抗器的全部漏磁通在超導(dǎo)短路繞組所包圍的空間里流動，也即實(shí)現(xiàn)了電抗器的漏磁通的完全利用。本發(fā)明的電抗器分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)與內(nèi)側(cè)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的總個(gè)數(shù)的組合數(shù)一致，如果內(nèi)側(cè)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的總個(gè)數(shù)為n，那么電抗器的分檔數(shù)為2n。現(xiàn)有超導(dǎo)電抗器的電抗調(diào)節(jié)檔數(shù)相比本發(fā)明的電抗器的電抗調(diào)節(jié)檔數(shù)要至少少I檔，這樣會造成超導(dǎo)短路繞組的短路容量的浪費(fèi)。(2)本發(fā)明的電抗器具有阻燃，重量輕，容量大，損耗小等優(yōu)點(diǎn)。電抗器的超導(dǎo)工作繞組和超導(dǎo)短路繞組均是超導(dǎo)材料繞制。超導(dǎo)材料在低溫下處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，載流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅導(dǎo)線的載流密度，電阻率幾乎為零，比銅導(dǎo)線具有更低的交流損耗值。跟其它電抗器相比，電抗器的體積和重量大大降低，在相同的尺寸下，電抗器的容量大大增加。(3)本發(fā)明的電抗器超導(dǎo)繞組的低溫環(huán)境具有更好的安全性、穩(wěn)定性，杜瓦的結(jié)構(gòu)更簡單，且只需要一個(gè)杜瓦。工作繞組和短路繞組均是超導(dǎo)材料繞制，則可以只需一個(gè)杜瓦用來同時(shí)放置超導(dǎo)工作繞組和超導(dǎo)短路繞組。相比其它的電抗器，本發(fā)明在設(shè)計(jì)杜瓦的時(shí)候，不用在杜瓦上穿孔用來給工作繞組提供足夠的繞制空間。本發(fā)明在杜瓦的制作工藝上會更簡單。同時(shí)，由于超導(dǎo)工作繞組也采用超導(dǎo)材料繞制造，跟其它電抗器相比，超導(dǎo)工作繞組具有最小的熱量產(chǎn)生，明顯地降低了對杜瓦的熱輻射，提高了超導(dǎo)低溫環(huán)境的穩(wěn)定性和電抗器運(yùn)行的安全性。(4)本發(fā)明的電抗器通過改變超導(dǎo)短路繞組的短路個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)電抗器電抗的檔數(shù)。通過改變超導(dǎo)短路繞組與中間鐵芯柱、超導(dǎo)短路繞組和超導(dǎo)工作繞組之間的間隙來調(diào)節(jié)電抗器每檔的電抗的大小。總的來說，增大超導(dǎo)工作繞組與超導(dǎo)短路繞組之間的間隙或者增大超導(dǎo)短路繞組與中間鐵芯柱的間隙，均可以增大電抗器的電抗。各個(gè)間隙的尺寸要根據(jù)實(shí)際電抗器所設(shè)計(jì)每檔的電抗大小來決定，同時(shí)，也要考慮到用來維持超導(dǎo)繞組所需的低溫環(huán)境所需要的液氮的體積。設(shè)計(jì)的原則是在保證制冷所需的最小體積的液氮，以及電抗調(diào)節(jié)效果的基礎(chǔ)上，盡量減小間隙。減小間隙可以降低電抗器的總費(fèi)用。


圖1為分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器模型圖，圖(a)，圖(b)和圖(C)分別是該電抗器的俯視圖，正視圖和左視圖。
圖2為分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器的等效工作電路圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖(la)、(Ib)和(Ic)所示，本發(fā)明提供的電抗器主要包括鐵芯1、杜瓦5、內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組2、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組4和超導(dǎo)工作繞組3。電抗器的超導(dǎo)工作繞組3用于接在電網(wǎng)中。電抗器的鐵芯I采用E型鐵芯，其中，中間鐵芯柱是由薄片狀高導(dǎo)磁性材料疊裝組成的圓柱形結(jié)構(gòu)，單片高導(dǎo)磁性材料的厚度最好不超過0.5mm,且越小越好，有利于降低鐵芯中的渦流損耗。杜瓦5、內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組2、超導(dǎo)工作繞組3和外側(cè)超導(dǎo)短路繞組4均套在在中間鐵芯柱上，也即杜瓦5、超導(dǎo)短路繞組2、4跟超導(dǎo)工作繞組3是同心式的結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組2、超導(dǎo)工作繞組3、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組4和杜瓦5依次由內(nèi)向外布置，且各相鄰部件之間均留有間隙。杜瓦5和超導(dǎo)短路繞組2、4以及超導(dǎo)工作繞組3之間的間隙主要是用來給液氮提供通道，用來保證有足夠的液氮來提供電抗器的所有超導(dǎo)繞組所需的低溫環(huán)境。另外，這些間隙也給電抗器的漏磁通提供了通道，使得電抗器具有很大的漏抗，也使得電抗器的電抗主要表現(xiàn)為漏抗。通過對內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路2、外側(cè)超導(dǎo)短路3依次進(jìn)行短路和開路的操作，就可以改變各個(gè)間隙的漏磁通密度。具體來說，就是當(dāng)對超導(dǎo)短路繞組2 (或外側(cè)超導(dǎo)短路繞組4)進(jìn)行短路的時(shí)候，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組2 (或外側(cè)超導(dǎo)短路繞組4)與鐵芯的間隙里的漏磁通密度會急劇降低，使得為電抗器的漏抗的降低，從而實(shí)現(xiàn)電抗器的電抗值的調(diào)節(jié)。不同的超導(dǎo)短路繞組的短路個(gè)數(shù)對應(yīng)不同的電抗值，因此可以通過改變超導(dǎo)短路繞組的短路總個(gè)數(shù)就可以調(diào)節(jié)電抗器分檔的檔數(shù)。盡管改變短路繞組的短路個(gè)數(shù)，可以電抗器的電抗值的分檔調(diào)節(jié)。而要調(diào)節(jié)電抗器的每一檔的電抗值，則只能靠改變超導(dǎo)短路繞組2、4之間以及超導(dǎo)繞組與中間鐵芯柱之間的間隙尺寸大小來實(shí)現(xiàn)，具體來說，增大超導(dǎo)工作繞組3與超導(dǎo)短路繞組2、4之間的間隙或者增大超導(dǎo)短路繞組2、4與中間鐵芯柱的間隙，均可以增大電抗器的電抗，降低所有繞組上的電流值。 當(dāng)只有超導(dǎo)短路繞組2短路的時(shí)候，可以通過此時(shí)的超導(dǎo)工作繞組3的電流大小，依據(jù)常規(guī)變壓器的漏抗計(jì)算方法來確定超導(dǎo)工作繞組3與超導(dǎo)短路繞組2之間的間隙尺寸。同樣，當(dāng)只有超導(dǎo)短路繞組4短路的時(shí)候，可以通過此時(shí)的超導(dǎo)工作繞組3的電流大小，依據(jù)常規(guī)變壓器的漏抗計(jì)算方法來確定超導(dǎo)工作繞組3與超導(dǎo)短路繞組4之間的間隙尺寸。所有的超導(dǎo)繞組均是由超導(dǎo)材料繞制而成。每一個(gè)超導(dǎo)繞組可以采用層式、螺旋式或者餅狀等形式繞制。超導(dǎo)繞組所用的超導(dǎo)材料可以為所有的低溫超導(dǎo)帶材和高溫超導(dǎo)帶材，首選高溫超導(dǎo)帶材。電抗器分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)與內(nèi)側(cè)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的總個(gè)數(shù)的組合數(shù)一致。故對于只含有一個(gè)內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組2和外側(cè)短路繞組4的電抗器來說，其分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)為4檔。超導(dǎo)短路繞組的個(gè)數(shù)越多，電抗器的分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)也越多。考慮到超導(dǎo)帶材的價(jià)格昂貴，超導(dǎo)工作繞組內(nèi)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的個(gè)數(shù)均為一個(gè)的時(shí)候，電抗器的綜合性價(jià)比設(shè)計(jì)為最佳。電抗器并接到電網(wǎng)中時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)多繞組變壓器，內(nèi)側(cè)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)和三次側(cè)繞組部分。當(dāng)依次對電抗器的短路繞組進(jìn)行開、合操作的時(shí)候，相當(dāng)于依次增加變壓器的短路繞組的個(gè)數(shù)，這樣，也就逐漸增加了變壓器的短路容量，使電抗器的容量呈現(xiàn)多檔的變化，也即實(shí)現(xiàn)了電抗器的電抗分檔調(diào)節(jié)。圖2是電抗器并接入電網(wǎng)中的等效電路圖，主要包括工作電壓源14，超導(dǎo)工作繞組3的等效電抗6，超導(dǎo)工作繞組3的等效電阻7，電抗器的等效勵磁電抗8，電抗器的等效勵磁電阻9，超導(dǎo)短路繞組2的等效電抗11及其相應(yīng)開、合操作的開關(guān)10，超導(dǎo)短路繞組4的等效電抗13及其相應(yīng)開、合操作的開關(guān)12。當(dāng)開關(guān)10和開關(guān)11均斷開的時(shí)候，超導(dǎo)短路繞組2和超導(dǎo)短路繞組4均未接入電路中，此時(shí)，電抗器的容量最小，電抗值最大，電抗器處于工作檔數(shù)一。當(dāng)開關(guān)10合上、開關(guān)12斷開的時(shí)候，超導(dǎo)短路繞組2接入電路中，超導(dǎo)短路繞組4開路，此時(shí)電抗器處于工作檔數(shù)二，電抗器的容量增大，電抗值降低。當(dāng)開關(guān)10斷開，開關(guān)12合上的時(shí)候，超導(dǎo)短路繞組2開路，超導(dǎo)短路繞組4接入電路中，電抗器的容量繼續(xù)增大，電抗值繼續(xù)降低，此時(shí)電抗器處于工作檔數(shù)三。當(dāng)開關(guān)10和開關(guān)12均合上的時(shí)候，超導(dǎo)短路繞組2、4均接入電路中，電抗器容量最大，電抗值最低，此時(shí)電抗器處于工作檔數(shù)四，實(shí)現(xiàn)了電抗器的四檔可調(diào)。實(shí)例:以380V/50Kvar方案為實(shí)施例對本發(fā)明加以介紹，設(shè)計(jì)要求電抗器無功變化分四檔調(diào)節(jié)。電抗器的電抗值和電感變化范圍計(jì)算方法如下:無功功率由式⑴計(jì)算。
權(quán)利要求
1.種超導(dǎo)可控電抗器，包括鐵芯、超導(dǎo)工作繞組和一個(gè)杜瓦，其特征在于，它還包括至少一個(gè)內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組和至少一個(gè)外側(cè)超導(dǎo)短路繞組，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組、超導(dǎo)工作繞組、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組和杜瓦由內(nèi)至外依次套在所述鐵芯的同一個(gè)芯柱上，且各相鄰部件之間均留有作為液氮通道的間隙。
2.據(jù)權(quán)利求I所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，所述鐵芯結(jié)構(gòu)采用E型結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組、超導(dǎo)工作繞組和外側(cè)超導(dǎo)短路繞組均套在中間鐵芯柱上。
3.據(jù)權(quán)利求I或2所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組和外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的材料為二代高溫超導(dǎo)帶材。
4.據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，超導(dǎo)工作繞組的材料是超導(dǎo)材料。
5.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組采用層式、螺旋式或者餅狀結(jié)構(gòu)。
6.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，外側(cè)超導(dǎo)短路繞組采用層式、螺旋式或者餅狀結(jié)構(gòu)。
7.據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超導(dǎo)可控電抗器，其特征在于，電抗器分檔調(diào)節(jié)的檔數(shù)與內(nèi)側(cè)、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組的總個(gè)數(shù)的組合數(shù)一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器，包括鐵芯、超導(dǎo)工作繞組和一個(gè)杜瓦，其特征在于，它還包括至少一個(gè)內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組和至少一個(gè)外側(cè)超導(dǎo)短路繞組，內(nèi)側(cè)超導(dǎo)短路繞組、超導(dǎo)工作繞組、外側(cè)超導(dǎo)短路繞組和杜瓦由內(nèi)至外依次套在所述鐵芯的同一個(gè)芯柱上，且各相鄰部件之間均留有作為液氮通道的間隙。超導(dǎo)工作繞組的材料可以是超導(dǎo)材料也可是一般的電工導(dǎo)電材料。本發(fā)明的目的在于提供一種分檔可調(diào)超導(dǎo)可控電抗器，目的在于大容量分檔調(diào)節(jié)電抗器的電抗，以補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，實(shí)現(xiàn)無功控制調(diào)節(jié)，改善輸電系統(tǒng)的安全可靠性和穩(wěn)定性，提高輸電能力，提高電網(wǎng)的電能控制水平。
文檔編號H02J3/18GK103093946SQ20131003395
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者沈石峰, 唐躍進(jìn), 任麗, 董洪達(dá), 徐穎, 劉洋, 宋萌, 曹昆南, 王達(dá)達(dá) 申請人:華中科技大學(xué), 云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院