[发明专利]一种多角度可视的超导带材冲击架

说明书

本发明涉及一种多角度可视的超导带材冲击架，属于电阻型超导限流器技术领域。包括底座和活动设置于底座上的圆盘支架，圆盘支架上设有用于安装超导带材的连接机构，超导带材上设有梯形骨架；连接机构包括设置在超导带材两端的圆柱形导电夹具和套接在圆柱形导电夹具外的绝缘套筒，绝缘套筒连接至所述圆盘支架上；圆柱形导电夹具可在绝缘套筒内转动以改变超导带材的角度；圆柱形导电夹具连接有导线。通过圆柱形导电夹具的转动改变超导带材的旋转角度，实现带材沿宽度方向的角度变化。通过圆盘支架的旋转，可以实现带材沿长度方向的角度变化，可在圆盘支架上设置多个超导带材，由此实现空间多角度、多层超导带材同时冲击，并提供清晰安全的观测条件。

技术领域

本发明涉及电阻型超导限流器技术领域，具体地说，涉及一种多角度可视的超导带材冲击架。

背景技术

随着人们对电力需求的扩大，电网容量也日益增大，伴随着电网的短路故障水平也迅速增加，短路电流超标问题日渐严重，故在电网中引入限流器设备在保障电网安全运行方面有着重要作用。

其中电阻型超导限流器以其结构简单、自动触发、限流效果明显、技术上相对容易实现等独特的优势，在110kV以上的高电压等级的输电网应用广泛。电网发生故障时，短路电流流经超导体，超导体瞬间自触发地从超导态转变为高阻抗状态，将短路电流限制在一定水平从而保障电路的安全，故障切除后，超导体又随着降温自动恢复至超导态。这种限流器的核心结构是高温超导带绕制形成的线圈，如图1所示，将单根高温超导带材01在用于匝间绝缘的梯形骨架02的支撑下，双向并绕形成单个盘式线圈，再在两侧均需加装大型毂轮03固定。而基于以上结构的电阻型超导限流器目前主要存在两个不足之处：一是超导限流器失超复温时间过长，无法满足电网重合闸要求，使得断电时间延长；二是失超时短路电流经过的超导材料，会在短时间内产生大量焦耳热，热量累积过高会削弱超导体的电力和应力特性，甚至使超导体烧坏。因此失超复温的速度是制约着超导限流器发展的主要瓶颈。失超过程的产生的热量主要是通过液氮的相变带走，失超复温过程本质上就是液氮暴沸产生大量气泡的沸腾换热过程，若从气泡特性的角度考虑加速超导带材的失超复温，气泡包裹于超导带材表面形成膜态沸腾，会使得热阻急剧增大恶化传热，其次气泡的滞留会改变超导线圈周围的电场分布，恶化线圈匝间绝缘环境。因此，气泡的耗散率也成为了超导限流器失超复温的重要判据，探究超导带材表面气泡生成与脱离特性、加快气泡的耗散也是确保限流器安全运行的必要重点。对超导带材失超复温过程的气泡生成的可视化研究也显得尤为重要

目前用于超导带材可视化研究的传统超导带材冲击架，如图2所示，分别将两片紫铜片04叠加在绝缘底盘05的两端，将附加了梯形骨架的单根超导带材两端均插入紫铜片之间的缝隙，再通过螺栓压紧并固定，位于上方的紫铜片焊接接入大电源的引线端，再通过四块方形紫铜片压接的方式，将设有梯形骨架02的单根高温超导带材01接入大电源。后续再将整个带材冲击架浸入装满液氮的杜瓦罐中，将其位置调整至匹配可视窗的合适高度，从而实现从可视窗观测超导带材失超复温过程的气泡的状态。

上述超导带材冲击架存在的主要问题是：(1)底盘距离实验段的超导带材太近，仅为单片紫铜片的厚度，会对气泡的逃逸路径产生干扰。(2)仅能实现超导带材空间水平布置时的可视化实验。目前实际使用过程超导带材是绕成线圈接入电网的，局部带材是以各种角度处于液氮环境中的，如图1所示，作为局部实验，应当贴近实际进行多角度观测。倘若直接把冲击架竖立以实现竖直角度的实验，通有大电流的紫铜片会与杜瓦瓶底部接触会造成漏电风险。

(3)仅能实现超导带材自身水平布置的可视化实验。受梯形骨架的阻隔，超导带与骨架形成的小孔成为了气泡横向逸出的唯一路径，目前实验表明小孔方向调整为重力方向(即将带材自身翻转至垂直地面)能加速气泡的耗散，加速失超复温，故超导带材自身垂直旋转布置的可视化实验同样需要且具有前瞻性。在传统带材冲击架上将带材翻转至垂直地面，底盘也会随之翻转，使得观测视线被阻挡。

(4)传统带材冲击架仅能实现单根带材的冲击及可视化实验。无法观测超导带材在多圈绕制下匝间气泡之间的联动影响。

发明内容