專利名稱：并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電磁設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超導(dǎo)故障限流器。
背景技術(shù)：
在利用飽和電抗器原理設(shè)計(jì)的一些設(shè)備中，如飽和鐵心型超導(dǎo)故障限流器等， 主要由電抗系統(tǒng)、直流控制系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)等幾部分組成，其中電抗系統(tǒng)主要由鐵心、 交流繞組和直流勵(lì)磁繞組組成。對(duì)于三相飽和鐵心型超導(dǎo)故障限流器來(lái)說(shuō)，每相有2個(gè) 鐵心21、2個(gè)交流繞組22、23和一個(gè)直流勵(lì)磁繞組24，2個(gè)交流繞組以一定的方式串聯(lián) 后再串接在電網(wǎng)100中，使2個(gè)交流繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)在直流鐵心柱上相互抵消，從而減小 交流感應(yīng)電壓對(duì)直流勵(lì)磁繞組的影響，同時(shí)保證穩(wěn)態(tài)低阻和限流態(tài)高阻的性能指標(biāo)。工 作原理如圖3所示。對(duì)于2個(gè)交流繞組串聯(lián)的超導(dǎo)限流器來(lái)說(shuō)，穩(wěn)態(tài)阻抗為2個(gè)交流繞組阻抗的串 聯(lián)，只要有一個(gè)交流繞組上的大阻抗，則整個(gè)限流器的穩(wěn)態(tài)阻抗就很大。這就要求限流 器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，需要足夠大的直流勵(lì)磁使2個(gè)交流鐵心柱都達(dá)到深度飽和狀態(tài)。在某一 時(shí)刻，直流勵(lì)磁與一個(gè)交流鐵心柱的磁通方向相同，則與另一個(gè)交流鐵心柱的磁通方向 相反，為此直流勵(lì)磁的靜態(tài)工作點(diǎn)H必須達(dá)到10000A/m以上，而且直流鐵心柱與交流鐵 心柱截面積必須采用一定的倍數(shù)，才能使兩個(gè)交流鐵心柱達(dá)到要求的飽和深度，從而滿 足限流器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的低阻抗指標(biāo)。超導(dǎo)限流器電抗系統(tǒng)的材料費(fèi)用主要有鐵心、交流繞組用普通銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線 和直流勵(lì)磁繞組用超導(dǎo)材料，這三種材料的費(fèi)用比例大概為6 1 11。而占據(jù)材料比 例最大的超導(dǎo)線材的材料成本較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)整體制造的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，可以大大降低超導(dǎo)線材的用 量，進(jìn)而降低整體制造成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案—種并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，包括有電抗系統(tǒng)、直流控制系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，其 中，電抗系統(tǒng)每相由兩個(gè)鐵心、接在電網(wǎng)中的兩個(gè)交流繞組和直流勵(lì)磁繞組組成；所述 的兩個(gè)交流繞組采用并聯(lián)方式連接在電網(wǎng)中，且兩個(gè)交流繞組為同相。所述直流勵(lì)磁繞組的直流鐵心柱與交流繞組的交流鐵心柱截面比為1.01 10。本發(fā)明是一種同相兩個(gè)交流繞組并聯(lián)連接的飽和鐵心型超導(dǎo)故障限流器，尤其 適用于有直流勵(lì)磁繞組偏磁，使交流鐵心柱深度飽和的松耦合結(jié)構(gòu)的飽和鐵心型的電磁 設(shè)備。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、改變直流勵(lì)磁偏磁的靜態(tài)工作點(diǎn)，進(jìn)而降低超導(dǎo)材料的用量，從而減小直流 控制系統(tǒng)的功率。
2、在不降低限流器整體性能指標(biāo)的前提下，可以減小直流鐵心柱與交流鐵心柱 截面比，減少鐵心材料(硅鋼片)的用量；同時(shí)可以減小限流器的整體體積。3、減小交流感應(yīng)電勢(shì)對(duì)直流回路的影響，降低了直流控制回路設(shè)計(jì)制作的難 度；4、超導(dǎo)材料用量大大減少，使得飽和鐵心型超導(dǎo)限流器整體制造成本大大降 低。


圖1為本發(fā)明并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器構(gòu)成原理示意圖。圖2為本發(fā)明超導(dǎo)故障限流器工作的B-H曲線。圖3為現(xiàn)有技術(shù)串聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器構(gòu)成原理示意圖。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式本發(fā)明并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器包括有電抗系統(tǒng)、直流控制系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，參 閱圖1所示，其電抗系統(tǒng)由鐵心1、接在電網(wǎng)100中的兩個(gè)交流繞組2、3和直流勵(lì)磁繞組 4組成；所述的兩個(gè)交流繞組2、3采用并聯(lián)方式連接在電網(wǎng)中(其中為開關(guān)；DC為直 流電源)，且兩個(gè)交流繞組為同相。所述直流勵(lì)磁繞組的直流鐵心柱與交流繞組的交流鐵心柱截面比為1.01 10。以下分三方面分析并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器與串聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器的區(qū)別。(1)穩(wěn)態(tài)時(shí)，直流穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)改變，大大降低了超導(dǎo)帶材的用量。根據(jù)超導(dǎo)故障限流器的工作原理，其鐵心B-H曲線如圖2所示。圖中B-磁感 應(yīng)強(qiáng)度，H-磁場(chǎng)強(qiáng)度，Bt、Bs、Bz分別代表限流器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)最大退磁點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng) 度，靜態(tài)工作點(diǎn)和最大增磁點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；Hk-Hacm、Hk、Hk+Hacm分別為對(duì)應(yīng)的 磁場(chǎng)強(qiáng)度。在現(xiàn)有情況下，為使通流態(tài)交流繞組壓降小，并降低勵(lì)磁直流回路受到的感 應(yīng)電勢(shì)，同相兩個(gè)交流繞組分別套住的兩個(gè)交流鐵心柱均應(yīng)該是深飽和的。不僅處于增 磁狀態(tài)的交流鐵心柱鐵心要深度飽和，而且處于退磁狀態(tài)的另一個(gè)交流鐵心柱鐵心也要 具有相當(dāng)?shù)娘柡蜕疃取＿@樣就迫使交流鐵心柱鐵心的B H靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置到很深的飽 和區(qū)內(nèi)，如圖2所示。兩個(gè)交流繞組改為并聯(lián)連接后，只要有一個(gè)支路為低阻抗，那么 整個(gè)限流器的穩(wěn)態(tài)阻抗就為低阻抗。由此可知，交流繞組并聯(lián)連接后，使增磁支路達(dá)到 低阻抗，退磁支路達(dá)到磁通與直流磁通方向相同，同時(shí)滿足通過(guò)交流繞組的電流波形為 正弦即可。根據(jù)Matlab仿真結(jié)果，這時(shí)限流器的靜態(tài)工作點(diǎn)Hk可以只選在2000A/m甚 至更低，但對(duì)于直流勵(lì)磁來(lái)說(shuō)，可能有一個(gè)數(shù)量級(jí)的差別。另外，直流鐵心柱與交流鐵 心柱的截面比也會(huì)大大減小，其意味著直流勵(lì)磁繞組用超導(dǎo)材料大大減少。(2)穩(wěn)態(tài)時(shí)，減小了交流感應(yīng)電勢(shì)對(duì)直流繞組的影響，降低了直流控制系統(tǒng)的要 求。 對(duì)于三相飽和鐵心型超導(dǎo)故障限流器來(lái)說(shuō)，三相交流繞組與負(fù)載連接，交流側(cè) 在直流繞組中感應(yīng)產(chǎn)生的基波和2、4、5次諧波電勢(shì)相位互差120°而抵消，感應(yīng)產(chǎn)生 6、12、…次諧波的電勢(shì)，其幅值相對(duì)比較小。工作繞組并聯(lián)時(shí)，每相直流繞組間可以流通偶次諧波電流，直流繞組兩端感應(yīng)產(chǎn)生的偶次諧波電勢(shì)很小。 (3)限流態(tài)，相同交流鐵心柱，達(dá)到相同的限流效果，交流繞組匝數(shù)為串聯(lián)時(shí)的 2倍，即普通銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線用量為串聯(lián)時(shí)的2倍。交流繞組由串聯(lián)改為并聯(lián)后，消弱了限流器的限流能力，因此必須以增加交流 繞組匝數(shù)來(lái)補(bǔ)償。前面第三點(diǎn)已述及，從整體考慮，限流器的成本與體積，交流繞組 銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線用量只占總成本的1/18，即使交流繞組用量為原來(lái)的2倍，則也只占到 主材成本的1/9。反過(guò)來(lái)，超導(dǎo)材料用量即使沒(méi)有數(shù)量級(jí)的變化，保守說(shuō)只降為原來(lái)的 1/2，暫且不考慮鐵心材料的節(jié)省，那么三種主要材料的費(fèi)用比例由原來(lái)的6 1 11變 為6 2 5.5，則總成本可以下降25%，這是個(gè)非?？捎^的數(shù)字。另外在限流態(tài)，直流控制系統(tǒng)迅速檢測(cè)到短路電流并及時(shí)切斷直流回路，此時(shí) 兩個(gè)交流繞組自然均流，流過(guò)限流器單個(gè)交流繞組的短路電流將減小，短路電動(dòng)力和熱 穩(wěn)定將大大降低，增強(qiáng)了限流器的抗短路能力。綜合上述幾方面益處，兩個(gè)交流繞組并聯(lián)將是超導(dǎo)限流器推向產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的 一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說(shuō)明所包含 及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請(qǐng)專利的保護(hù)范圍。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明在達(dá)到相同限流能力和穩(wěn)態(tài)阻抗的前提下，制作了一單相380V/20A飽和鐵心型 超導(dǎo)故障限流器模型樣機(jī)，對(duì)該模型的兩個(gè)交流繞組分別串聯(lián)和并聯(lián)兩種情況下的材料 用量進(jìn)行了對(duì)比。以下以電壓220V、電流20A的試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明串聯(lián)與并聯(lián)的差別。1、串聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器(1)設(shè)計(jì)參數(shù)單個(gè)交流繞組匝數(shù)30匝；直流繞組匝數(shù)120匝；直流電流 30A。(2)性能參數(shù)穩(wěn)態(tài)阻抗0.4Ω ；系統(tǒng)預(yù)期短路電流180A;限制電流有效 值38.9A。(3)主材料用量超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度19.78m;硅鋼片用量2.54kg;銅用量 0.85kg ；主材總費(fèi)用2240.7元。2、并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器(1)設(shè)計(jì)參數(shù)單個(gè)交流繞組匝數(shù)60匝；直流繞組匝數(shù)60匝；直流電流30A。(2)性能參數(shù)穩(wěn)態(tài)阻抗0.35 Ω ；系統(tǒng)預(yù)期短路電流170Α ；限制電流有效 值40A ο(3)主材料用量超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度9.89m;硅鋼片用量2.54kg;銅用量 1.7kg ；主材總費(fèi)用1311.2元。比較兩者可以看出，鐵心相同，并聯(lián)時(shí)主材料費(fèi)用比串聯(lián)減少了 41.5%，超導(dǎo) 帶材比原來(lái)節(jié)省了 9.89m，節(jié)約了 50%，費(fèi)用節(jié)約989元；而銅材用量只增加了 0.85kg， 費(fèi)用增加了 59.5元。以上數(shù)據(jù)僅為380V/20A限流器的數(shù)據(jù)，對(duì)于電壓等級(jí)更高、容量更大的限流器來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)材料用量降低為原來(lái)的1/2，其費(fèi)用尤為可觀。本發(fā)明可以大大降低飽和鐵心型超導(dǎo)限流器的制造成本，主要體現(xiàn)在(1)可以降低直流鐵心柱與交流鐵心柱的截面比，降低鐵心材料用量，同時(shí)可以減小限流器的 整體體積；(2)改變直流勵(lì)磁偏磁的靜態(tài)工作點(diǎn)，進(jìn)而降低超導(dǎo)材料的用量；(3)與串 聯(lián)型相比，可以減小交流感應(yīng)電勢(shì)對(duì)直流繞組的影響，間接地降低對(duì)直流控制系統(tǒng)的要 求。本發(fā)明新型的超導(dǎo)限流器與串聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器相比，將帶來(lái)多方面益處， 對(duì)于超導(dǎo)限流器產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來(lái)說(shuō)是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步；將有可能成為超導(dǎo)限流器進(jìn)一步 推向產(chǎn)業(yè)化的突破口。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，包括有電抗系統(tǒng)、直流控制系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，其 中，電抗系統(tǒng)每相由兩個(gè)鐵心、兩個(gè)交流繞組和直流勵(lì)磁繞組組成；其特征在于所述 的兩個(gè)交流繞組采用并聯(lián)方式連接在電網(wǎng)中，且兩個(gè)交流繞組為同相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，其特征在于所述直流勵(lì)磁繞組 的直流鐵心柱與交流繞組的交流鐵心柱截面比為1.01 10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，其特征在于所述的超導(dǎo)故障限 流器為單相或三相飽和鐵心型超導(dǎo)故障限流器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器，包括有電抗系統(tǒng)、直流控制系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)，其中，電抗系統(tǒng)每相由鐵心、兩個(gè)交流繞組和直流勵(lì)磁繞組組成；所述的兩個(gè)交流繞組采用并聯(lián)方式連接在電網(wǎng)中，且兩個(gè)交流繞組為同相。所述直流勵(lì)磁繞組的直流鐵心柱與交流繞組的交流鐵心柱截面比為1.01～10。本發(fā)明新型的超導(dǎo)限流器與串聯(lián)型超導(dǎo)故障限流器相比將帶來(lái)多方面益處，對(duì)于超導(dǎo)限流器產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來(lái)說(shuō)是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步；將有可能成為超導(dǎo)限流器進(jìn)一步推向產(chǎn)業(yè)化的突破口。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102025138SQ20091009247
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者信贏, 孫燏偉, 張敬因, 牛瀟曄, 王洋, 龔偉志 申請(qǐng)人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司