[发明专利]冷热介质及其容器分离的高压超导限流器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器。本发明还涉及所述高压超导限流器的设计方法。

背景技术

随着对饱和铁心型超导限流器研究的持续深入，超导限流器所适用的线路电压等级也在逐级递增，设备的容量和体积也随之增大，设备现有结构也受到了一些限制，尤其是超高电压等级的超导限流器。因其高压绕组采用常规的变压器油绝缘，而超导绕组采用液氮做为低温冷却介质，对于变压器油和液氮两种介质，前者正常运行时的温度最高可达105℃，而后者液氮温度约为-196℃（绝对温度为77K），两者温度相差较大。如低温杜瓦置于油箱之内，一方面杜瓦周围变压器油与其它位置的变压器油将会产生很大的温度梯度，这会使得变压器油内的电场分布不均而造成局部放电，这是因为变压器油除具有冷却作用外，还起着高压绝缘的作用，而变压器油的电气性能受温度影响较大；另一方面高温变压器油会使杜瓦的外表面温度升高，从而增大杜瓦的热负荷。对于饱和铁心型超导限流器来说，如能从结构设计上将冷热介质及其容器彻底分离，将是设备长期安全运行的重要保障。

申请号为201010529353.2的发明专利提出一种通过改变油箱结构来实现冷热介质及其容器分离，但尚存在以下几点不足：1）油箱体积大，结构复杂，设备组装困难；2）两交流绕组之间的引线较长，且需从高压跨过低压再到高压，无疑给高压绝缘的安全带来重大隐患；3、低温容器杜瓦虽然与油箱分离，但完全被油箱包围，如真空泄露引起表面结霜不易于及早发现，不利于杜瓦的维护。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种上述高压超导限流器的设计方法。

采用本发明的设计方法设计的高压超导限流器，油箱体积小，结构简单，容易组装，且缩短了两高压交流绕组之间的联接引线降低了运行过程中的安全隐患，还能使杜瓦置于易于观察维护的位置，可随时了解低温杜瓦的运行情况。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种冷热介质及其容器分离的高压超导限流器，包括组成超导限流器每一相的第一和第二两个口字型铁心（41、42），口字形铁心在垂直方向的两柱分别称为交流铁心柱（91、92）、直流铁心柱（81、82），以及交流绕组（31）、1个或2个包含超导绕组（7）的杜瓦（5）、1个油箱(1)，其特征是：所述的交流绕组共有2个(31、32)，分别套装在两个交流铁心柱上，并安装在同一个油箱(1)内，浸泡在变压器油(2)中，交流绕组之间设有联接引线（10）；1个超导绕组(7)同时套装两个直流铁心柱或2个超导绕组(7)分别套装两个直流铁心柱，都置于装有液氮（6）的杜瓦内。

在上述基础上，本发明还可以有各种具体结构：

所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ为0°，两铁心前后平行，两交流铁心柱（91、92）位于直流铁心柱（81、82）的同一侧；

所述的第一、第二铁心平面间的夹角θ大于0°且小于180°。

所述的两铁心可单独制作也可做成一体。

所述的直流铁心柱截面积大于交流铁心柱截面积。

所述的直流铁心柱81和82的截面积分别大于交流铁心柱91和92的截面积，两者截面比设为n；交流铁心柱91与直流铁心柱81的叠片厚度相等。

所述的杜瓦（5）的水平横截面为圆形。

装有交流铁心柱的两交流绕组置于同一个油箱中，可缩短两绕组间的连接引线，降低了绝缘安全风险；而套装在直流铁心柱的超导绕组则置于一个低温容器杜瓦中，暴露在空气中，两种介质及其容器独立运行，互不干扰，增强了设备的安全可靠性。

上述高压超导限流器的设计，对两个铁心平面间的夹角为0度的情况按一般的设计方法即可，特殊的是两个铁心平面间的夹角θ大于0°且小于180°时如何决定由直流铁心柱81和82构成的中柱铁心截面形状？

两铁心之间夹角θ可以在0°～180°之间灵活取值，但并不是两铁心的简单组合，而要遵循一定的规则和要求。对于超导限流器来说，由于功能特性和超导材料都具有一定的特殊性，铁心采用不等截面设计，即直流铁心柱81和82的截面积分别大于交流铁心柱91和92的截面积，两者截面比设为n。