[实用新型]铁芯结构及超导限流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及输电线路故障保护技术领域，特别是一种铁芯结构及超导限流器。

背景技术

超导限流器是一种解决电网短路电流超标问题的有效措施。目前，国内外正在加快各种超导限流器的设备研制和应用研究，其中饱和铁芯型超导限流器具有原理清晰、结构简单、性能可靠、满足电网自动重合闸运行要求，且用于产生直流励磁磁通的超导绕组制作比较容易等优势，成为超导限流器技术研究的热点。

超导限流器采用串联方式接入电力传输线路。正常运行时，直流电源为超导绕组提供励磁电流，产生一个强大的偏置磁场，使2个交流侧铁芯均处于深度饱和状态。此时，交流侧铁芯上的交流绕组处于低感抗状态，超导限流器呈现很小的稳态阻抗值。而当线路发生短路故障发生时，短路电流迅速增大，达到正常运行电流数倍甚至数十倍，从而使两个交流侧铁芯柱在一个工频周期内交替退出饱和，退饱和后的铁芯磁导率迅速增大，使交流绕组处于高感抗状态，超导限流器呈现较大的阻抗值，从而有效限制短路电流幅值。

为尽量降低该超导限流器正常工作时的稳态阻抗，目前普遍采用的方式是增强直流励磁系统的安匝数，到达为交流安匝数峰值的2倍以上，通过强大的直流励磁磁通使得起“去磁”作用的交流侧铁芯柱达到饱和状态。譬如申请号为CN200710097088.3的发明专利，就提出了一种用于饱和铁芯型超导限流器的不等截面铁芯结构，通过大截面段铁芯将直流励磁磁通送到小截面段的交流侧铁芯，但由于小截面铁芯长度过大，当小截面段铁芯饱和后，大量磁通会通过铁芯外部空间、铁芯夹件和油箱壁等形成回路，产生严重的漏磁通。

由于漏磁通含有大量垂直磁场分量，而超导带材的临界电流由垂直磁场影响较大，当处于较强的垂直磁场时，超导带材的临界电流会发生显著降低，导 致超导绕组的带材临界电流迅速降低60～80％，因此需要大量增加超导带材使用量，从而显著提高该超导限流器工程造价。漏磁通还带来一个严重的后果是增加了该超导限流器的损耗。漏磁通在油箱及铁芯夹件中会产生涡流损耗，导致油箱及夹件发热，若夹件发热严重，其强度降低，将导致铁芯变形，会严重影响该超导限流器的可靠性和安全性。

发明内容

基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种有效降低交流侧漏磁通，降低设备发热损耗，提高设备工作安全性和可靠性的铁芯结构及超导限流器。

其技术方案如下：

一种铁芯结构，包括：

直流铁芯柱；

直流励磁绕组，所述直流励磁绕组套装于所述直流铁芯柱的外侧；

第一交流铁芯组件；

第二交流铁芯组件，所述第一交流铁芯组件和所述第二交流铁芯组件对称分列于所述直流励磁绕组的两侧，且所述第一交流铁芯组件和所述第二交流铁芯组件包括交流铁芯柱、及套装于所述交流铁芯柱上的交流绕组，所述交流铁芯柱包括相互串联的至少一个第一芯段及至少一个第二芯段，所述第一芯段的截面尺寸小于所述第二芯段的截面尺寸。

上述铁芯结构通过将所述第一交流铁芯组件和所述第二交流铁芯组件对称分列于所述直流励磁绕组的两侧，将所述交流铁芯柱设计成至少一个第一芯段与至少一个第二芯段串联联接，并同时保证所述第一芯段的截面尺寸小于所述第二芯段的截面尺寸。当短路电流使得交流侧铁芯工作在饱和状态时，截面较小的第一芯段产生的漏磁通重新导入非饱和状态的第二芯段，从而降低漏磁通的垂直磁场分量对直流励磁绕组临界电流的影响，并减小漏磁通产生的设备损耗和附件发热等问题，从而大幅降低超导限流器的工程造价，同时提高设备的运行安全性和可靠性。

下面对技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述第一芯段与所述第二芯段的截面尺寸的比值范围为：1:5～4:5。因而根据不同规格和短路情况的工作环境灵活调整第一芯段与第二芯段的尺寸比例，可以确保饱和状态芯段的漏磁通向非饱和状态芯段的充分转移，避免漏磁通对直流励磁绕组产生不利影响。

在其中一个实施例中，所述第一芯段与所述第二芯段同轴布置。因而可以保证交流铁芯柱整体结构的一致性，同时确保漏磁通传递有效和可靠。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述第一芯段和所述第二芯段均包括串联布置的多个铁芯单元件。因而使铁芯工作产生的涡流在铁芯单元件配合形成的狭长形回路中，通过较小的截面，从而增大涡流通路上的电阻以减小涡流损耗使涡流。