專利名稱：一種具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種超導故障限流裝置，具體涉及的是一種具有自保護功能的復 合型超導故障限流裝置，屬于電力設計技術領域。
背景技術：
近些年，隨著超導技術的發展，特別是高溫超導體和MgB2的發展，超導限流器的研 究成為了熱點。超導故障限流器應用于高壓電網，集檢測、觸發和限流于一體，可有效限制 短路故障后系統的短路電流。在電力系統正常工作時，超導故障限流器(SFCL)處于超導 態，幾乎不消耗能量，對系統無影響，一旦發生故障，超導故障限流器(SFCL)瞬間失超，產 生一個很大的限流電阻來抑制短路故障電流，能夠改善電力系統的動態穩定性。應用在大容量電網的超導故障限流器需承受電力系統中的高電壓和大電流。為了 具有超導故障限流器相對于高壓的承受能力，應當串聯大量超導體；而要使其具有相對于 大電流的承受能力，還應當并聯大量超導體，但這不僅增加了故障限流器的體積和制作成 本，且對制冷系統也提出了更高的要求，同時也容易引起超導材料局部失超，這會導致不穩 定的可靠性。超導材料響應時間快，能在故障電流的第一個半周波內由超導態轉為正常態限 流。這對承擔換流任務的開關提出了更高的要求。目前輸電系統中大量采用的機械式斷路 器不能靈活、連續和快速的動作；采用功率半導體器件作為主開關的固態斷路器雖然具有 開斷時間短、無弧無光無聲響等優點，但也存在造價昂貴、器件的通態損耗高、單管容量有 限等缺點。現有的超導故障限流器的超導材料失超恢復時間長，不利于系統的重合閘。
發明內容
針對現有技術上存在的不足，本發明目的是在于提供一種體積小且響應速度快的 具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，使用較少的超導材料就能限制系統中的故障 電流，具有超導材料失超恢復時間短和制冷成本低等優點。為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現本發明包括限流電抗器、鐵心和設置在鐵心上的第一線圈及第二線圈；第一線圈 上串聯有快速開關，快速開關和第一線圈之間還串聯有超導體，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。并聯有限流電抗器，能在故障時，與第二線圈共同進 行限流，能通過調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。上述快速開關包括串聯到第一支路上的靜觸點和與其相適配的動觸點。快速開關 能在故障時，切斷超導體所在第一支路，限流任務交由限流電抗器和第二線圈共同完成，避 免了超導體長期承受短路電流造成的能量損耗。可以使用較少的超導材料，避免多個超導 體串并聯，縮減了超導體體積，有利于超導體的失超恢復，能更好的配合故障切除后系統的 重合閘，同時降低了制冷成本。
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上述動觸點為圓形銅盤。上述超導體為高溫超導體。上述高溫超導體的形狀為塊狀、薄膜型或者線型。本發明的有益效果(1)具有響應速度快、大電流限流能力強和安全性高等優點， 能適用于最需要限制短路電流的大電網中；(2)并聯有限流電抗器，能在故障時，與第二線 圈共同進行限流，能通過調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，能在故障時切斷超導體所在第一支路，限流任務交由 限流電抗器和第二線圈共同完成，避免了超導體長期承受短路電流造成的能量損耗，降低 了對超導體耐壓能力的需求；(4)可以使用較少的超導材料，避免多個超導體串并聯，縮減 了超導體體積，有利于超導體的失超恢復，能更好的配合故障切除后系統的重合閘，同時降 低了制冷成本。
下面結合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發明；圖1為電網正常電流流過時本發明的結構示意圖；圖2為電網故障電流流過時本發明的結構示意圖。圖3為快速開關的工作原理圖(圖中箭頭方向為磁斥方向)。
具體實施例方式為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明。參見圖1和圖2，本發明包括限流電抗器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上串聯有快速開關5，在第一線圈3和快速開關5之間還串聯 有超導體6組成第一支路，第一支路、第二線圈4和限流電抗器1三者相互并聯后接于電網 中。其中，第一線圈3和第二線圈4均為普通導線繞成，其匝數與繞向可以根據限流要 求來改變。超導體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體。冷卻容器 可以是杜瓦；高溫超導體所需的冷卻環境可以用制冷液制冷的方式提供，也可用制冷機制 冷的方式提供。參見圖3，快速開關5包括動觸點52和串聯到第一支路電力線上的靜觸點51，該 動觸點52能在與靜觸點51接觸以允許電流在該電力線上流動的位置和通過來自鐵心2的 磁力從靜觸點51分離以便斷開該電力線的位置之間切換；快速開關5的動觸點52為圓形銅盤。通過改變限流電抗器1的阻抗值可將電網短路電流限制到指定水平。參見圖1，正常運行時，本發明串接于電網中，快速開關5處于閉合狀態。當電網中 的額定電流流過本發明時，超導體6處于超導狀態，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 個裝置串聯在電網中，對外不呈阻抗，對系統無影響，。
參見圖2和圖3，當電網出現超過超導體6臨界電流的短路電流時，超導體6失超 呈現出高阻抗，超導體6兩端的電壓將不在為零，超導體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 發生突變，穿過快速開關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 盤中將感應出渦流，該渦流將會產生一個遠離鐵心2的磁力，從而將圓形銅盤與靜觸點51 分離，使第一支路斷開。此時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。本發明的有益效果(1)具有響應速度快、大電流限流能力強和安全性高等優點， 能適用于最需要限制短路電流的大電網中；(2)并聯有限流電抗器1，能在故障時，與第二 線圈4共同進行限流，能通過調整限流電抗器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5，能在故障時切斷超導體6所在第一支路，限流任 務交由限流電抗器1和第二線圈4共同完成，避免了超導體6長期承受短路電流造成的能 量損耗，降低了對超導體6耐壓能力的需求；(4)可以使用較少的超導材料，避免多個超導 體6串并聯，縮減了超導體6體積，有利于超導體6的失超恢復，能更好的配合故障切除后 系統的重合閘，同時降低了制冷成本。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
1.一種具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，其特征在于，包括限流電抗器 (1)、鐵心(2)和設置在鐵心(2)上的第一線圈(3)及第二線圈(4)；所述第一線圈(3)上 串聯有快速開關(5)，所述快速開關(5)和第一線圈(3)之間還串聯有超導體(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。
2.根據權利要求1所述的具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，其特征在于， 所述快速開關(5)包括串聯到第一支路上的靜觸點(51)和與其相適配的動觸點(52)。
3.根據權利要求2所述的具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，其特征在于， 所述動觸點(52)為圓形銅盤。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置， 其特征在于，所述超導體(6)為高溫超導體。
5.根據權利要求4所述的具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，其特征在于， 所述高溫超導體的形狀為塊狀、薄膜型或者線型。
全文摘要
本發明公開了一種具有自保護功能的復合型超導故障限流裝置，包括限流電抗器(1)、鐵心(2)和設置在鐵心(2)上的第一線圈(3)及第二線圈(4)；所述第一線圈(3)上串聯有快速開關(5)，所述快速開關(5)和第一線圈(3)之間還串聯有超導體(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。本發明體積小且響應速度快，使用較少的超導材料就能限制系統中的故障電流，具有超導材料失超恢復時間短和制冷成本低等優點。
文檔編號H02H9/02GK102005750SQ201010586960
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者姚成, 姚磊, 梅軍, 鄭建勇 申請人:東南大學