[发明专利]高压饱和铁芯故障限流器

说明书

技术领域

本发明涉及高压故障限流器的领域，并且具体的公开了高压饱和铁芯故障限流器。

背景技术

饱和铁芯故障限流器(FCL)是公知的。可以在授予Darmann等人的美国专利7193825、授予Yuan等人的美国专利6809910、授予Boening等人的美国专利7193825、和授予walker等人的美国专利公开号2002/0018327中见到超导故障电流限制装置的例子。

已描述的故障限流器通常适合仅与干式铜线圈装置一起使用。事实上，已描述的装置可能仅适合采用空气作为主绝缘介质的DC饱和FCL。即，通过空中合适的距离提供多相FCL中AC相位线圈之间以及AC相位线圈与钢线圈、AC线圈、低温保持器、和主结构之间的主静电绝缘介质。这充分地将FCL限制为“干式”绝缘技术。干式技术通常涉及不仅采用电绝缘铜线圈而且采用将常规静电空气和隔离的固体绝缘屏障材料作为绝缘介质的平衡的那些变压器构造技术。总之，空气形成诸如钢构架和壳体的装置的高压侧和接地部件类似之间的电绝缘材料的大部分。

干式绝缘的利用对AC线路电压的低压范围达到大约39kV的设计有限制。在商业上仅可获得达到约39kV电压水平的干式变压器和电抗器。因此，用于DC饱和FCL的当前示例性技术不适合扩展到高压版本。当处理高压时，干式设计导致无法设计采用使用空气作为绝缘介质的实际尺寸紧凑的结构。FCL的主要应用市场之一是高压(33kV至166kV)和超高压范围(166kV至750kV)的介质。在这些电压范围中，DC饱和FCL的当下描述的技术和文献描述可能不能应用。主要原因是由于静态电压设计的考虑。例如，高压铜线圈与低温保持器或钢线圈或DC线圈之间的空气绝缘介质的击穿。高压(大于39kV)介质上的高压相位线圈通常需要浸没在绝缘气体(例如，SF6，氮气)、真空(高于10^-3mbar)或流体中，例如，合成硅油、植物油、或在介质、高压、和超高压变压器和电抗器技术中使用的其它通常可获得的绝缘油。当高压装置浸没在这种绝缘介质中时，所述介质通常被称作为“体积绝缘介质”、或“电介质”。典型地，除了相对介电常数等于1的真空之外，电介质的相对介电常数为约2-4。如果明智地采用通过限制固体绝缘屏障之间的最大距离并相对于特定液态或气态电介质的击穿强度优化已填充的电介质距离，这些所谓的电介质绝缘介质的静电击穿强度特性远优于大气的静电击穿强度特性。

通常可获得的大绝缘气体和液体典型地具有约10-20kV/mm的击穿强度，但通常采用所述大绝缘气体和液体以使得平均电场应力不超过约6-10kV/mm。因为即便平均电场应力是6-10kV/mm，由于各种静电场增强效应，沿任何均衡电场的峰值电场应力可以是平均值的2-3倍，因此对击穿应力值的这种安全范围是需要的。

总之，在诸如变压器和电抗器和故障限流器的封装发电装置中对于具有高压大绝缘需求的电介质流体或气体来说有五个主要期望的要求：

·电介质必须显示非常高的电阻率，

·电介质损耗必须非常低，

·流体必须能够容纳固体绝缘子而不丧失固体绝缘(例如，线圈绕组或环氧物上的线匝与线匝的绝缘)，

·电击穿强度必须高，以及

·介质必须能够去除热能损耗。

对于例如变压器、电抗器和故障限流器封装装置来说，固体绝缘技术还没有普遍可用于高压(即＞39kV)的介质。固体绝缘技术的不足之处在于在大固定绝缘之中或在不同材料的表面之间(例如，线圈绝缘材料和其它固体绝缘材料之间)出现不可避免的空隙。众所周知，由于场增强效应，具有高压的固体绝缘体中的空隙产生高电应力。由于局部放电，这导致周边材料的物理击穿，并可能最终导致漏流径的形成和整个装置失效。

应该认识的是采用用于使钢线圈饱和的单个或多个DC线圈(例如，前面提到的现有技术中公开的)的DC饱和故障限流器产生当铜AC相位线圈可能不再是“干式”结构或整个装置的主要绝缘介质是空气时的基本本问题。这种装置中的重要问题是存在着用于冷却DC HTS线圈的钢制低温保持器和DC HTS线圈本身。

作为一个与正题无关的问题，但是却是增加对所有高压发电装置和设备的绝缘要求的问题，通常的情况是基本绝缘设计必要也要满足一定的电气工程标准，该标准测试各种类型过电压和预定实践周期的电光脉冲的容许量。在澳大利亚，这种标准的一个例子如下：

·AS2374第3部分包括整个变压器的工频频率(PF)和电光脉冲(LI)测试的电介质测试和绝缘等级

·AS2374第3.1部分绝缘等级和电介质测试-空气中的外部间隙

·AS2374第5部分承受短路的能力