[实用新型]一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种超导故障限流器，具体涉及的是一种基于新型超导材料的阻抗复合型超导故障限流器，属于电力设备技术领域。

背景技术

随着电网的规模日益扩大，短路电流成为了困扰电力系统、严重影响电网安全可靠性的难题之一。近几年超导故障限流器成为国内外研究前沿和热点课题。超导故障限流器在电力系统中的大量应用依赖于超导线材的发展。研究开发价格低廉、加工简便、具有更高临界温度和电流密度的新型超导体，对超导电力技术的实际应用有十分重要的现实意义。

现今的超导故障限流器大多基于氧化物高温超导材料，铋系和钇系。但因为构成氧化物高温超导体的化学元素昂贵、合成的超导材料脆性大、难以加工成线材，且因为存在晶界弱连接，限制了其承载超导电流的能力。

目前超导故障限流器的发展主要有两个方向，一个是利用超导体的高密度无阻载流能力，一个是基于S/N的转换原理，利用超导体的失超特性实现短路电流的抑制。饱和铁心型和电阻型超导故障限流器分别是这两个方向的代表拓扑结构之一。下面说明现有的饱和铁心型超导故障限流器和电阻型超导故障限流器的工作。

根据现有技术的电阻型超导故障限流器，如图1所示，包括超导限制器元件1，电网正常工作时处于超导状态，故障情况下当流过其电流超过其临界电流处于高阻值状态；超导串联线圈2串联连接到超导限制器元件1，从而彼此面对，抵消超导限制器元件1的磁场，使电网正常运行时整个装置电抗为零；并联限制线圈3，在发生故障时通过转移超导限制元件1的电流而防止超导限制元件过热。现有技术下的超导限制元件1通常采用高温超导材料，受制于载流能力，需要大量超导体的串并联来提高超导故障限流器相对于高电压和大电流的承受力，此外超导串联线圈2在故障情况下也会因为具有抵消磁场的作用而降低限流装置的感抗，这与我们希望超导故障限流器在电网发生短路故障情况能够具有较高的阻抗值相矛盾。

图2为现有技术下的饱和铁心型超导故障限流器的结构。它由第一铁心4和第二铁心7串联而成(相应于图2中的交流线圈5和6，每个铁心上的次级绕组为高温超导带材绕成的直流偏置线圈8和9)。超导偏置线圈产生一个直流磁场使铁心处于深度饱和状态。电网正常工作时串联在电网中的交流线圈5和6由于铁心处于磁饱和状态而呈现低感抗状态；当系统发生短路故障时，瞬间增大的电流使交流线圈5和6产生的磁场足以抵消直流偏置线圈8和9产生的磁场，从而使两个铁心交替由饱和状态进入正常态，产生高阻抗，自动限制了电网中短路电流的增加。饱和铁心型超导故障限流器的交流绕组5和6采用铜绕组，在正常运行时，一次铜绕组存在电能损耗，虽然一次铜绕组匝数越多，限流电感越强效果越好，但匝数越多，铜绕组上的电阻就不能忽略，正常运行时超导故障限流器上的电压降就越大，不能体现出正常运行时超导故障限流器串入电网中对电网无影响的优点；二次侧虽也采用超导绕组，但在电网发生故障前后，超导材料并没有失超，因此饱和铁心型超导故障限流器也不能很好的利用超导材料失超后的高阻值的优点。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种在满足线路载流能力的情况下使用最少的超导体且在故障情况下可提高感抗水平的超导故障限流器，同时可以降低正常运行时的电压损耗并确保操作的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型包括口字形的铁心；铁心的上侧设有MgB₂超导绕组，MgB₂超导绕组上并联有电抗器；铁心的下侧设有高温超导绕组，高温超导绕组上串联有直流电压源；高温超导绕组和直流电压源之间串联有磁力开关和其值可调节的第一电阻，组成第一回路。在电网正常工作时磁力开关为闭合状态，当电网发生短路故障时，流经电抗器的电流产生的突变磁场将使磁力开关的动触点与静触点分离。电抗器既作为电网短路故障发生后，磁力开关的触发线圈，也可以限制MgB₂超导绕组在电网短路故障状态下两端的过电压。本实用新型在满足线路载流能力的情况下，使用最少的超导体，同时提高故障情况下超导故障限流器的感抗水平，降低正常运行时超导故障限流器上的电压损耗，并确保操作的可靠性。

本实用新型还包括第二电阻和二极管，第二电阻与二极管串联后再并联在高温超导绕组的两端。磁力开关闭合时二极管截止，其断开时，高温超导绕组与二极管、第二电阻形成闭合回路，以便高温超导绕组的能量通过二极管和第二电阻释放。

上述述MgB₂超导绕组为线材，高温超导绕组为铋系高温超导带材。