電感與電阻復合型超導電抗器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電感與電阻復合型超導電抗器，其技術要點為：主要包括超導電感線圈，超導無感線圈，低溫杜瓦部件，低溫絕緣套管，超導二元電流引線，超導過渡導線和低溫制冷劑管道；超導電感線圈和超導無感線圈均完全浸泡在低溫杜瓦部件內(nèi)的低溫制冷劑中；低溫絕緣套管、超導二元電流引線和低溫制冷劑管道均與低溫杜瓦部件的密封蓋板相連；超導電感線圈通過超導過渡導線與超導無感線圈串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線相連，從而形成具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器，其兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，可同時具備電力系統(tǒng)限流和功率補償功能、及高效中性點接地功能。
【專利說明】電感與電阻復合型超導電抗器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及于電力系統(tǒng)領域，特別涉及一種用于電力系統(tǒng)限流、功率補償、及中性點接地的電抗器。

【背景技術】
[0002]具有電力系統(tǒng)功率補償或限流功能的電抗器，在電力輸配電系統(tǒng)及電力裝置系統(tǒng)中具有廣泛的應用。特別是具有非常高的允許工作電流密度和近似為零的電阻率的超導材料的引入，使得由超導導線繞制而成的超導電抗器具有常規(guī)銅或鋁電抗器無法實現(xiàn)的技術優(yōu)點，如工作電流大、運行損耗低、體積小、重量輕等。
[0003]目前，在高壓交流輸電系統(tǒng)中應用的具有無功功率補償或短路故障限流功能的超導電抗器、及在高壓直流輸電系統(tǒng)中應用的具有電壓波動補償或短路故障限流功能的超導電抗器的相關研究已取得一定的進展。但是，目前仍沒有同時具備電力系統(tǒng)補償和限流功能的超導電抗器，尤其是沒有涉及到電感與電阻復合型超導電抗器的實用技術方案。此外，利用超導導線的失超特性研制而成的具有可變電阻量的超導無感線圈裝置也在電力系統(tǒng)短路故障限流中得以實際應用，但超導無感線圈裝置不具備電力系統(tǒng)補償功能。至于目前的變壓器中性點接地電抗器，由于傳統(tǒng)導線電阻的存在，無法解決有效接地和滿足限流高阻抗要求之間的矛盾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中所存在的上述不足，提供一種用于電力系統(tǒng)限流、功率補償、及中性點接地的具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種電感與電阻復合型超導電抗器，包括:
超導電感線圈部，包括一超導電感線圈，超導電感線圈的繞線骨架，用于安裝固定超導電感線圈的上支撐板、下支撐板，所述上支撐板與下支撐板通過聯(lián)接螺桿連接；
超導無感線圈部，包括一超導無感線圈，超導無感線圈的繞線骨架，用于安裝固定超導無感線圈的上支撐板、下支撐板，所述上支撐板與下支撐板通過聯(lián)接螺桿連接；
還包括低溫杜瓦部件，所述低溫杜瓦部件上方設有密封蓋板，所述超導電感線圈部和超導無感線圈部均完全浸泡在低溫杜瓦部件內(nèi)的低溫制冷劑中，且所述超導電感線圈部和超導無感線圈部通過聯(lián)接螺桿連接固定后，再通過另一聯(lián)接螺桿安裝固定在密封蓋板上；低溫制冷劑的進液管道與低溫制冷劑的出液管道分別設置在所述密封蓋板上，并伸入至低溫杜瓦部件內(nèi)部，同時與位于低溫杜瓦部件外部的低溫制冷系統(tǒng)相連，組成低溫制冷劑循環(huán)制冷回路，用于冷卻超導電感線圈與超導無感線圈；
還包括超導二元電流引線部件，所述超導二元電流引線部件安裝固定在密封蓋板上的低溫絕緣套管內(nèi)，其下部位于低溫杜瓦部件的內(nèi)部，上部與低溫絕緣套管相連；所述超導電感線圈通過超導過渡導線與超導無感線圈串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線的下部相連，超導二元電流引線的上部還與位于低溫杜瓦部件外部的交流或直流電網(wǎng)系統(tǒng)相連。
[0006]本發(fā)明提出的用于電力系統(tǒng)限流、補償及中性點接地的電感與電阻復合型超導電抗器，主要包括超導電感線圈，超導無感線圈，低溫杜瓦部件，低溫絕緣套管，超導二元電流引線，超導過渡導線和低溫制冷劑管道；超導電感線圈和超導無感線圈均完全浸泡在低溫杜瓦部件內(nèi)的低溫制冷劑中；低溫絕緣套管、超導二元電流引線和低溫制冷劑管道均安裝在低溫杜瓦部件的密封蓋板上；超導電感線圈通過超導過渡導線與超導無感線圈串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線相連，從而形成具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器。其兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，可同時具備電力系統(tǒng)限流和功率補償功能、及高效中性點接地功能。
[0007]優(yōu)選的，所述超導電感線圈和超導無感線圈均由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線繞制而成。
[0008]優(yōu)選的，所述超導過渡導線為由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述超導二元電流引線的上部為由銅或銀導線構(gòu)成的長導線，下部為由BSCC0、YBC0或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述超導二元電流引線結(jié)構(gòu)有效降低了低溫杜瓦部件的熱泄露，提高了整個系統(tǒng)的運行效率。
[0009]優(yōu)選的，所述超導電感線圈的繞線骨架和超導無感線圈的繞線骨架均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或跑道形結(jié)構(gòu)；所述圓環(huán)形結(jié)構(gòu)骨架繞制的線圈具有良好的機械強度，電磁應力分布均勻，避免了因局部應力過大造成的線圈損傷或性能衰退問題；所述跑道形結(jié)構(gòu)骨架繞制的線圈的絕大部分內(nèi)部導線具有相互平行的位置關系，更利于調(diào)整超導無感線圈的絕大部分內(nèi)部導線與超導電感線圈的中心軸線的相對角度，改變超導電感線圈產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈的電阻大小的影響。
[0010]優(yōu)選的，所述超導電感線圈為具有長方形橫截面的螺線管線圈；所述具有長方形橫截面的螺線管線圈的端部還可以安裝分磁器，以減小端部區(qū)域的垂直超導導線表面的磁場分量，進而增大螺線管線圈的臨界電流，減小螺線管線圈的運行能量損耗；所述分磁器為由硅鋼片、矽鋼片、非晶合金等高磁導率材料構(gòu)成的圓盤薄片或圓環(huán)薄片。
[0011]優(yōu)選的，所述超導電感線圈為具有階梯形橫截面的螺線管線圈，所述具有階梯形橫截面的螺線管由若干個具有不同內(nèi)直徑、相同外直徑的螺線管單元重疊構(gòu)成，位于螺線管端部的螺線管單元的內(nèi)直徑最大，并依次向螺線管中部遞減；與具有長方形橫截面的螺線管線圈相比，所述具有階梯形橫截面的螺線管的端部區(qū)域的垂直超導導線表面的磁場分量更小，進而增大螺線管線圈的臨界電流，減小螺線管線圈的運行能量損耗。
[0012]優(yōu)選的，所述超導無感線圈由兩根超導導線并行繞制而成，其中一根超導導線正向繞制螺線管單元，另一根超導導線反向繞制螺線管單元；所述正向繞制的螺線管單元和反向繞制的螺線管單元的同名端相連；其中，所述無感線圈的電阻為正向繞制的螺線管單元的電阻和反向繞制的螺線管單元的電阻之和。
[0013]優(yōu)選的，所述超導無感線圈安裝在超導電感線圈的外面，并利用具有圓盤薄片結(jié)構(gòu)的分磁器屏蔽超導電感線圈產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導電感線圈和超導無感線圈相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0014]優(yōu)選的，所述超導無感線圈安裝在超導電感線圈的內(nèi)腔的中間位置，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場作為超導電感線圈的背景磁場；調(diào)整超導無感線圈的安裝方向，改變超導電感線圈產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導無感線圈受到超導電感線圈的磁場影響的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:1.本發(fā)明兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，具備更高效的電力系統(tǒng)功率補償、限流和接地功能。
[0016]2.本發(fā)明采用了具有階梯形橫截面的螺線管線圈結(jié)構(gòu)，或在具有長方形橫截面的螺線管線圈端部安裝改變端部磁場方向的分磁器，可以有效增大超導電抗器的臨界電流，進而提高了電力系統(tǒng)功率補償應用中的最大允許的輸入或輸出功率，降低了超導電抗器的運行損耗，提升了超導電抗器的運行效率。
[0017]3.本發(fā)明利用超導電感線圈產(chǎn)生的磁場作為超導無感線圈的背景磁場，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場可以加劇超導無感線圈的失超，從而獲得急劇增大的超導無感線圈的電阻，最終有效限制短路故障電流。
[0018]4.本發(fā)明解決了傳統(tǒng)導線的變壓器中性點接地電抗器中的有效接地和滿足限流高阻抗要求之間的矛盾。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是超導電感線圈和超導無感線圈相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器結(jié)構(gòu)圖；
圖2是超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互垂直的電感與電阻復合型超導電抗器結(jié)構(gòu)圖；
圖3是超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互平行的電感與電阻復合型超導電抗器結(jié)構(gòu)圖；
圖4是超導電感線圈和超導無感線圈的圓環(huán)形繞線骨架及線圈的俯視示意圖；
圖5是超導電感線圈和超導無感線圈的跑道形繞線骨架及線圈的俯視示意圖；
圖6是超導電感線圈和超導無感線圈的內(nèi)部電路連接原理圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0021]本發(fā)明提供一種同時具備了電力系統(tǒng)限流、補償及中性點接地的具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器。本發(fā)明兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，具備更高效的電力系統(tǒng)功率補償、限流和接地功能。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提出電感與電阻復合型超導電抗器，包括:超導電感線圈部，包括一超導電感線圈1，超導電感線圈I的繞線骨架2，用于安裝固定超導電感線圈I的上支撐板3、下支撐板4，所述上支撐板3與下支撐板4通過聯(lián)接螺桿5連接；超導無感線圈部，包括一超導無感線圈6，超導無感線圈6的繞線骨架7，用于安裝固定超導無感線圈6的上支撐板8、下支撐板9，所述上支撐板8與下支撐板9通過聯(lián)接螺桿10連接；還包括低溫杜瓦部件12，所述低溫杜瓦部件上方設有密封蓋板13，所述超導電感線圈部和超導無感線圈部均完全浸泡在低溫杜瓦部件12內(nèi)的低溫制冷劑中，且所述超導電感線圈部和超導無感線圈部通過聯(lián)接螺桿11連接固定后，再通過另一聯(lián)接螺桿14安裝固定在密封蓋板13上；低溫制冷劑的進液管道18與低溫制冷劑的出液管道19分別設置在所述密封蓋板13上，并伸入至低溫杜瓦部件12內(nèi)部，同時與位于低溫杜瓦部件12外部的低溫制冷系統(tǒng)相連，組成低溫制冷劑循環(huán)制冷回路，用于冷卻超導電感線圈I與超導無感線圈6 ;還包括超導二元電流引線部件16，所述超導二元電流引線部件16安裝固定在密封蓋板13上的低溫絕緣套管15內(nèi)，其下部位于低溫杜瓦部件12的內(nèi)部，上部與低溫絕緣套管15相連；所述超導電感線圈I通過超導過渡導線17與超導無感線圈6串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線16的下部相連，超導二元電流引線16的上部還與位于低溫杜瓦部件12外部的交流或直流電網(wǎng)系統(tǒng)相連。
[0023]本發(fā)明提出的用于電力系統(tǒng)限流、補償及中性點接地的電感與電阻復合型超導電抗器，主要包括超導電感線圈，超導無感線圈，低溫杜瓦部件，低溫絕緣套管，超導二元電流引線，超導過渡導線和低溫制冷劑管道；超導電感線圈和超導無感線圈均完全浸泡在低溫杜瓦部件內(nèi)的低溫制冷劑中；低溫絕緣套管、超導二元電流引線和低溫制冷劑管道均與低溫杜瓦部件的密封蓋板相連；超導電感線圈通過超導過渡導線與超導無感線圈串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線相連，從而形成具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器。其兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，具備更高效的電力系統(tǒng)功率補償、限流和接地功能。
[0024]具體的，所述超導電感線圈I和超導無感線圈6均由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線繞制而成。所述超導過渡導線17為由BSCC0、YBC0或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述超導二元電流引線16的上部為由銅或銀導線構(gòu)成的長導線，下部為由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述超導二元電流引線結(jié)構(gòu)有效降低了低溫杜瓦部件的熱泄露，提高了整個系統(tǒng)的運行效率。
[0025]優(yōu)選的，所述超導電感線圈I的繞線骨架2和超導無感線圈6的繞線骨架7均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或跑道形結(jié)構(gòu)；所述圓環(huán)形結(jié)構(gòu)骨架繞制的線圈具有良好的機械強度，電磁應力分布均勻，避免了因局部應力過大造成的線圈損傷或性能衰退問題；所述跑道形結(jié)構(gòu)骨架繞制的線圈的絕大部分內(nèi)部導線具有相互平行的位置關系，更利于調(diào)整超導無感線圈6的絕大部分內(nèi)部導線與超導電感線圈I的中心軸線的相對角度，改變超導電感線圈I產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈6的電阻大小的影響。
[0026]優(yōu)選的，所述超導電感線圈I為具有長方形橫截面的螺線管線圈；所述具有長方形橫截面的螺線管線圈的端部還可以安裝分磁器20，以減小端部區(qū)域的垂直超導導線表面的磁場分量，進而增大螺線管線圈的臨界電流，減小螺線管線圈的運行能量損耗；所述分磁器20為由硅鋼片、矽鋼片、非晶合金等高磁導率材料構(gòu)成的圓盤薄片或圓環(huán)薄片。
[0027]優(yōu)選的，所述超導電感線圈I為具有階梯形橫截面的螺線管線圈，所述具有階梯形橫截面的螺線管由若干個具有不同內(nèi)直徑、相同外直徑的螺線管單元重疊構(gòu)成，位于螺線管端部的螺線管單元的內(nèi)直徑最大，并依次向螺線管中部遞減；與具有長方形橫截面的螺線管線圈相比，所述具有階梯形橫截面的螺線管的端部區(qū)域的垂直超導導線表面的磁場分量更小，進而增大螺線管線圈的臨界電流，減小螺線管線圈的運行能量損耗。
[0028]優(yōu)選的，所述超導無感線圈6由兩根超導導線并行繞制而成，其中一根超導導線正向繞制螺線管單元21，另一根超導導線反向繞制螺線管單元22 ;所述正向繞制的螺線管單元21和反向繞制的螺線管單元22的同名端相連，以抵消各自產(chǎn)生的磁場，進而實現(xiàn)具有電感量為零的無感線圈；其中，所述無感線圈的電阻為正向繞制的螺線管單元21的電阻和反向繞制的螺線管單元22的電阻之和。
[0029]優(yōu)選的，所述超導無感線圈6安裝在超導電感線圈I的外面，并利用具有圓盤薄片結(jié)構(gòu)的分磁器20屏蔽超導電感線圈I產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈6的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導電感線圈I和超導無感線圈6相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0030]優(yōu)選的，所述超導無感線圈6安裝在超導電感線圈I的內(nèi)腔的中間位置，超導電感線圈I產(chǎn)生的磁場作為超導電感線圈I的背景磁場；調(diào)整超導無感線圈(6)的安裝方向，改變超導電感線圈I產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈6的電阻大小的影響,進而實現(xiàn)超導無感線圈6受到超導電感線圈I的磁場影響的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0031]本發(fā)明中所述超導無感線圈整體還可以安裝在超導電感線圈整體的內(nèi)腔的中間位置，并調(diào)整超導無感線圈(6)的安裝方向，改變超導電感線圈產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈的影響，進而實現(xiàn)超導電感線圈和超導無感線圈相互影響的電感與電阻復合型超導電抗器；超導電感線圈的接線端子與超導無感線圈的接線端子串聯(lián)連接后，再通過超導過渡導線與超導二元電流引線的下部相連，進而組成具有固定電感值和可變電阻值的電感與電阻復合型超導電抗器。下面再進一步具體說明本發(fā)明。
[0032]如圖1、圖4、圖6所示，本發(fā)明實施例1中，針對高壓交流輸電系統(tǒng)中的無功功率補償和輸電線路短路故障限流應用，利用本發(fā)明的超導電感線圈和超導無感線圈相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器對高壓交流輸電系統(tǒng)正常運行過程中的實時無功功率進行有效補償，同時對高壓交流輸電系統(tǒng)故障運行過程中的短路故障電流進行有效限制。系統(tǒng)包括超導電感線圈，超導電感線圈的繞線骨架，超導電感線圈的上支撐板，超導電感線圈的下支撐板，上支撐板與下支撐板之間的聯(lián)接螺桿，超導無感線圈，超導無感線圈的繞線骨架，超導無感線圈的上支撐板，超導無感線圈的下支撐板，上支撐板與下支撐板之間的聯(lián)接螺桿，超導無感線圈的上支撐板或下支撐板與超導電感線圈的上支撐板之間的聯(lián)接螺桿，低溫杜瓦部件，低溫杜瓦部件的蓋板，蓋板與上支撐板之間螺桿連接，低溫絕緣套管，超導二元電流引線，超導電感線圈和超導無感線圈的接線端子與超導二元電流引線之間的超導過渡導線，低溫制冷劑的進液管道，低溫制冷劑的出液管道，及分磁器。
[0033]所述超導電感線圈和超導無感線圈均由BSCCO超導導線繞制而成。所述超導過渡導線為由BSCCO超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述超導二元電流引線的上部為由銅導線構(gòu)成的長導線，下部為由BSCCO超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述低溫制冷劑為低溫液氮。所述超導無感線圈和超導電感線圈的繞線骨架均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述超導電感線圈為具有長方形橫截面的螺線管線圈。所述分磁器為由硅鋼片材料構(gòu)成的圓盤薄片，安裝在螺線管線圈的上、下端部位置。受到超導導線的各向異性的影響，相同大小的垂直導線表面的垂直磁場分量要比平行導線表面的平行磁場分量對超導電感線圈的臨界電流衰減更嚴重。一方面，分磁器可以改變端部磁場的方向，即增大平行磁場分量并減小垂直磁場分量，最終提高超導電感線圈的臨界電流。這樣，電感與電阻復合型超導電抗器就可以提供非常高的無功功率補償，以滿足高壓交流輸電系統(tǒng)正常運行中的無功功率補償需求；同時，還能保證超導電感線圈的實際運行電流低于其臨界電流，可以保持超導電感線圈的近似零電阻、近似零能量損耗的超導特性，最終提高電感與電阻復合型超導電抗器的運行效率。另一方面，分磁器還可以屏蔽超導電感線圈產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導電感線圈和超導無感線圈相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器。
[0034]超導電感線圈的電感值為Z3，電阻值為慫。超導無感線圈中的正向繞制的螺線管單元的電感值為Z1,電阻值為％。超導無感線圈中的反向繞制的螺線管單元的電感值為Z2,電阻值為弋。由于正向繞制的螺線管單元和反向繞制的螺線管單元由并行的兩根超導導線繞制而成，兩個螺線管單元的電感值和電阻值完全相等，即Z1=Z2A1=/^兩個螺線管單元的同名端相連，實現(xiàn)了具有電感量為零的無感線圈。超導無感線圈的電阻值為兩個螺線管單元的電阻值之和，即2/^*2/^。
[0035]在高壓交流輸電系統(tǒng)的正常運行過程中，超導電感線圈和超導無感線圈的實際運行電流均低于其臨界電流，兩者的電阻之和近似為零，整個電感與電阻復合型超導電抗器對外表現(xiàn)為一個電感值為Z3的超導電感線圈。在高壓交流輸電系統(tǒng)的故障運行過程中，超導電感線圈的實際運行電流低于其臨界電流，電阻值慫近似為零，但超導無感線圈的實際運行電流高于其臨界電流，兩個螺線管單元的電阻值之和2RX或W2急劇增大，整個電感與電阻復合型超導電抗器對外表現(xiàn)為一個電感值為A、電阻值為2ZP1或27?2的超導電感線圈。
[0036]如圖2、圖4、圖5、圖6所示，本發(fā)明實施例2中，針對高壓交流輸電系統(tǒng)中的三相變壓器短路故障限流應用，利用本發(fā)明的超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互垂直的電感與電阻復合型超導電抗器對高壓交流輸電系統(tǒng)的三相變壓器短路故障運行過程中的短路故障電流進行有效限制。
[0037]與實施例1的不同之處僅在于:所述超導電感線圈和超導無感線圈均由YBCO超導導線繞制而成。所述超導過渡導線為由YBCO超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述超導二元電流引線的上部為由銅導線構(gòu)成的長導線，下部為由YBCO超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述低溫制冷劑為低溫液氮。所述超導無感線圈的繞線骨架為跑道形結(jié)構(gòu)，超導電感線圈的繞線骨架為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述分磁器為由矽鋼片材料構(gòu)成的圓環(huán)薄片，安裝在螺線管線圈的上、下端部位置。所述超導無感線圈安裝在超導電感線圈的內(nèi)腔的中間位置，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場作為超導無感線圈的背景磁場。超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互垂直。由于超導無感線圈為跑道形結(jié)構(gòu)，超導無感線圈的絕大部分背景磁場為垂直導線表面的垂直磁場分量，相應的平行磁場分量為零。這樣，當高壓交流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)三相變壓器發(fā)生短路故障時，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場可以最大程度地加劇超導無感線圈的失超，從而獲得急劇增大的超導無感線圈的電阻值27^*2%，最終有效限制三相變壓器短路故障運行過程中的短路故障電流。
[0038]如圖2、圖5、圖6所示。本發(fā)明實施例3中，針對高壓交流輸電系統(tǒng)中的變壓器中性點接地應用，利用本發(fā)明的超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互垂直的電感與電阻復合型超導電抗器對高壓交流輸電系統(tǒng)的變壓器中性點進行有效接地，同時對高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路故障運行過程中的變壓器中性點接地故障電流進行有效限制。
[0039]與實施例1的不同之處僅在于:所述超導電感線圈由YBCO超導導線繞制而成。所述超導無感線圈由BSCCO超導導線繞制而成。所述超導過渡導線為由YBCO超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述超導二元電流引線的上部為由銀導線構(gòu)成的長導線，下部為由YBCO超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述低溫制冷劑為低溫液氫。所述超導無感線圈和超導電感線圈的繞線骨架均為跑道形結(jié)構(gòu)。所述分磁器為由非晶合金材料構(gòu)成的圓環(huán)薄片，安裝在螺線管線圈的上、下端部位置。所述超導無感線圈安裝在超導電感線圈的內(nèi)腔的中間位置，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場作為超導無感線圈的背景磁場。超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互垂直。由于超導無感線圈為跑道形結(jié)構(gòu)，超導無感線圈的絕大部分背景磁場為垂直導線表面的垂直磁場分量，相應的平行磁場分量為零。這樣，當高壓交流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地短路故障時,超導電感線圈產(chǎn)生的磁場可以最大程度地加劇超導無感線圈的失超，獲得急劇增大的超導無感線圈的電阻值2/^或2/?2，最終有效限制變壓器中性點接地故障電流。當高壓交流輸電系統(tǒng)正常運行時，超導無感線圈始終處于超導狀態(tài)，其電阻值W1或2R2近似為零，可以忽略不計。這樣，變壓器中性點將通過超導電感線圈實現(xiàn)有效接地，同時避免了傳統(tǒng)中性點接地電抗器內(nèi)阻帶來的運行損耗。綜上所述，電感與電阻復合型超導電抗器可以有效解決傳統(tǒng)導線的變壓器中性點接地電抗器中的有效接地和滿足限流高阻抗要求之間的矛盾。
[0040]如圖3、圖4、圖6所示。本發(fā)明實施例4中，針對高壓直流輸電系統(tǒng)中的電壓波動補償和輸電線路短路故障限流應用，利用本發(fā)明的超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互平行的電感與電阻復合型超導電抗器對高壓直流輸電系統(tǒng)正常運行過程中的實時電壓波動進行有效補償，同時對高壓直流輸電系統(tǒng)故障運行過程中的短路故障電流進行有效限制。
[0041]與實施例1的不同之處僅在于:所述超導電感線圈和超導無感線圈均由MgB2超導導線繞制而成。所述超導過渡導線為由1882超導導線構(gòu)成的超導長導線。所述超導二元電流引線的上部為由銀導線構(gòu)成的長導線，下部為由YBCO超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述低溫制冷劑為低溫液氦。所述超導無感線圈和超導電感線圈的繞線骨架均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述超導電感線圈為具有階梯形橫截面的螺線管線圈。所述超導無感線圈的中心軸線與超導電感線圈的中心軸線相互平行。由于超導無感線圈為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，超導無感線圈的絕大部分背景磁場為平行導線表面的平行磁場分量，相應的垂直磁場分量為零。這樣，當高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)輸電線路的短路故障時，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場可以最小程度地加劇超導無感線圈的失超，從而獲得緩慢增大的超導無感線圈的電阻值2R,或2/?2，逐漸限制輸電線路短路故障運行過程中的短路故障電流。
[0042]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:本發(fā)明兼顧了單一的超導電抗器的固定電感值和單一的超導無感線圈的可變電阻值的應用特點，可同時具備電力系統(tǒng)限流和功率補償功能、及高效中性點接地功能。
[0043]同時，本發(fā)明采用了具有階梯形橫截面的螺線管線圈結(jié)構(gòu)，或在具有長方形橫截面的螺線管線圈端部安裝改變端部磁場方向的分磁器，有效增大了超導電抗器的臨界電流，進而提高了電力系統(tǒng)補償應用中的最大允許的輸入或輸出功率，降低了超導電抗器的運行損耗，提升了超導電抗器的運行效率。
[0044]另外，本發(fā)明利用超導電感線圈產(chǎn)生的磁場作為超導電感線圈的背景磁場，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，超導電感線圈產(chǎn)生的磁場可以加劇超導無感線圈的失超，從而獲得急劇增大的超導無感線圈的電阻值，最終有效限制短路故障電流。
[0045]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了詳細說明，但本發(fā)明并不限制于上述實施方式，在不脫離本申請的權利要求的精神和范圍情況下，本領域的技術人員可以做出各種修改或改型。
【權利要求】
1.一種電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:包括: 超導電感線圈部，包括一超導電感線圈(I)，超導電感線圈⑴的繞線骨架(2)，用于安裝固定超導電感線圈(I)的上支撐板(3)、下支撐板(4)，所述上支撐板(3)與下支撐板(4)通過聯(lián)接螺桿(5)連接； 超導無感線圈部，包括一超導無感線圈(6)，超導無感線圈(6)的繞線骨架(7)，用于安裝固定超導無感線圈(6)的上支撐板(8)、下支撐板(9)，所述上支撐板(8)與下支撐板(9)通過聯(lián)接螺桿(10)連接； 還包括低溫杜瓦部件(12)，所述低溫杜瓦部件上方設有密封蓋板(13)，所述超導電感線圈部和超導無感線圈部均完全浸泡在低溫杜瓦部件(12)內(nèi)的低溫制冷劑中，且所述超導電感線圈部和超導無感線圈部通過聯(lián)接螺桿(11)連接固定后，再通過另一聯(lián)接螺桿(14)安裝固定在密封蓋板上；低溫制冷劑的進液管道(18)與低溫制冷劑的出液管道(19)分別設置在所述密封蓋板(13)上，并伸入至低溫杜瓦部件(12)內(nèi)部，同時與位于低溫杜瓦部件(12)外部的低溫制冷系統(tǒng)相連，組成低溫制冷劑循環(huán)制冷回路，用于冷卻超導電感線圈⑴與超導無感線圈(6)； 還包括超導二元電流引線部件(16)，所述超導二元電流引線部件(16)安裝固定在密封蓋板(13)上的低溫絕緣套管(15)內(nèi)，其下部位于低溫杜瓦部件(12)的內(nèi)部，上部與低溫絕緣套管(15)相連 ；所述超導電感線圈(I)通過超導過渡導線(17)與超導無感線圈(6)串聯(lián)相連后，再與超導二元電流引線(16)的下部相連，超導二元電流引線(16)的上部還與位于低溫杜瓦部件(12)外部的交流或直流電網(wǎng)系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導電感線圈(I)和超導無感線圈(6)均由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線繞制而成。
3.根據(jù)權利要求1所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導過渡導線(17)為由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線；所述超導二元電流引線(16)的上部為由銅或銀導線構(gòu)成的長導線，下部為由BSCCO、YBCO或MgB2超導導線構(gòu)成的超導長導線。
4.根據(jù)權利要求1所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導電感線圈(I)的繞線骨架(2)和超導無感線圈(6)的繞線骨架(7)均為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)或跑道形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權利要求1所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導電感線圈(I)為具有階梯形橫截面的螺線管線圈，或為具有長方形橫截面的螺線管線圈。
6.根據(jù)權利要求5所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述具有階梯形橫截面的螺線管由若干個具有不同內(nèi)直徑、相同外直徑的螺線管單元重疊構(gòu)成，位于螺線管端部的螺線管單元的內(nèi)直徑最大，并依次向螺線管中部遞減；所述具有長方形橫截面的螺線管線圈由若干個具有相同內(nèi)直徑、相同外直徑的螺線管單元重疊構(gòu)成；所述具有長方形橫截面的螺線管線圈的端部還可以安裝分磁器(20)，以減小端部區(qū)域的垂直超導導線表面的磁場分量，進而增大螺線管線圈的臨界電流，減小螺線管線圈的運行能量損耗；所述分磁器(20)為由硅鋼片、矽鋼片、非晶合金等高磁導率材料構(gòu)成的圓盤薄片或圓環(huán)薄片。
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導無感線圈(6)由兩根超導導線并行繞制而成，其中一根超導導線正向繞制螺線管單元(21)，另一根超導導線反向繞制螺線管單元(22);所述正向繞制的螺線管單元(21)和反向繞制的螺線管單元(22)的同名端相連；其中，所述無感線圈的電阻為正向繞制的螺線管單元(21)的電阻和反向繞制的螺線管單元(22)的電阻之和。
8.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導無感線圈(6)安裝在超導電感線圈(I)的外面，并利用具有圓盤薄片結(jié)構(gòu)的分磁器(20)屏蔽超導電感線圈(I)產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈(6)的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導電感線圈(I)和超導無感線圈(6)相互獨立的電感與電阻復合型超導電抗器。
9.根據(jù)權利要求1至7任一項所述的電感與電阻復合型超導電抗器，其特征在于:所述超導無感線圈(6)安裝在超導電感線圈⑴的內(nèi)腔的中間位置，超導電感線圈⑴產(chǎn)生的磁場作為超導電感線圈(I)的背景磁場；調(diào)整超導無感線圈(6)的安裝方向，改變超導電感線圈(I)產(chǎn)生的磁場對超導無感線圈(6)的電阻大小的影響，進而實現(xiàn)超導無感線圈(6)受到超導電感線圈(I)的 磁場影響的電感與電阻復合型超導電抗器。
【文檔編號】H01F6/04GK104078220SQ201410363880
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】金建勛 申請人:電子科技大學