[发明专利]一种基于YBCO高温超导带材的短路故障限流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种输配电网的故障限流器，特别涉及基于YBCO高温超导带材的短路故障 限流器。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展， 单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联， 各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也 越来越大。而且，在对电能的需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全 性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之 一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障电流限制技术。目前，世界上广泛采用断路 器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电 流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统的容量的增长，并且断路器 价格昂贵且其价格随其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一 问题将变得更为严重。

短路故障限流器为这一问题的解决提供了新思路。比如，固态短路故障限流器它在检测 到短路故障时，通过快速改变故障电网的阻抗和感抗参数，可以将故障电流限制在较低的水 平，以保护电力设备，并保证在已有断路器遮断能力的前提下切断短路故障。美国发明专利 US 4490769，其电路主要是由构成整流桥的二极管或晶闸管、限制故障电流的直流电抗器和 偏压电源等组成。在正常运行时，限流器对电网无压降、几乎无功耗；一旦系统发生短路故 障，当电网电流达到直流电抗器的电流时，电抗器便自动串入线路对故障电流及其上升率进 行限制，从而使故障电流限制在一定的水平，以保证断路器及时切断故障电流。这样，可以 通过短路故障限流器配合断路水平较低的断路器来实现较高水平的故障电流切断操作。同 时，该限流器也可实现电网重合闸。美国发明专利US 4490769的技术方案如图1所示，其 主电路由二极管T1、T2、T3、T4，直流电感L和偏压电源Vb组成。在发生短路故障时，均 可以无延时地自动投入线路，对故障电流及其上升率进行限制。

但是，已有的固态短路故障限流器仍然存在许多不足之处，只有在电网电流达到磁体电 流时，其限流磁体(L0)才会自动串入电网来实现限流，并且，随着磁体电流的不断增大， 磁体的限流能力不断减小。严格地说，二极管组成的桥路无法实现真正的限流，必须采用可 控开关管(如图1)，通过控制，减小整流桥桥臂上的开关管的导通角来增大磁体的放电时间， 从而达到较好的限流效果。同时，流过偏压电源的电流往往是电网电流的2～3倍，而且必 须满足非故障态和故障态的电流变化的要求，因此，偏压电源的实现有一定的技术难度和较 高的成本。

发明内容：

本发明的目的是克服已有技术的不足，提出一种基于YBCO高温超导带材的短路故障限流器， 本发明不但能够自动串入线路限制故障电流，而且结构简单。

本发明采用的技术方案是：

本发明的短路故障限流器由第一、第二、第三和第四四个二极管组成的整流桥、保护二 极管、保护电阻和高温超导线圈组成。其中，第一二极管和第二二极管的连接点为第一交流 端，第三二极管和第四二极管的连接点为第二交流端，第一二极管和第三二极管的连接点为 第一直流端，第二二极管和第四二极管的连接点为第二直流端。保护二极管和保护电阻的串 联电路与高温超导线圈的并联支路连接在整流桥的第一直流端和第二直流端。基于YBCO高 温超导带材的短路故障限流器和交流电源、负载阻抗和断路器组成的串联支路连接在整流桥 的第一交流端A和第二交流端B之间。高温超导线圈SL采用YBCO高温超导带材裸带绕制， 采用环氧筒作为线圈的骨架，采用螺线管绕制方式。高温超导线圈SL浸泡在液氮中工作， 以保证高温超导线圈SL的失超能量迅速散失，达到保护高温超导线圈SL的目的。

本发明可以是单相短路故障限流器结构、也可以是单相带有耦合变压器的短路故障限流 器结构，还可以是三个单相短路故障限流器应用于三相系统组成的三相短路故障限流器结 构；可以是三相耦合短路故障限流器结构。

本发明的主要优点：

1.本发明不但能够限制故障电流峰值，而且能够限制故障电流稳态值。本发明的 短路故障限流器，在电路发生断路故障时，大电流引起超导线圈失超，产生限流阻抗和线圈 的电感共同限流。从而获得比已有短路故障限流器更好的限流效果。