一种饼式高温超导无感线圈制造技术

一种饼式高温超导无感线圈，其内层隔板(1)的前后为饼芯(3)，饼芯(3)的前后为外层隔板(4)。外层隔板(4)、内层隔板(1)和饼芯(3)同轴布置。外层隔板(4)和饼芯(3)的凹槽(14)和内层隔板(1)的通槽(15)位置对应，内连接柱(2)插入此凹槽(14)与通槽(15)中。内连接片(5)固定在内连接柱(2)的连接端子上。两个外连接柱(6、7)位于外层隔板(4)与内层隔板(1)的外环边缘，固定在外层隔板(4)与内层隔板(1)之间的夹层中。两片外连接片(8)分别固定在两个外连接柱(6、7)上。高温超导带环绕在饼芯(3)上，两根高温超导带绕制方向相反；绝缘波纹纸(10)位于各匝超导带之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压直流电阻型故障限流器用高温超导无感线圈，特别涉及一种磁通耦合型饼式高温超导无感线圈。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，我国电力行业的规模正在不断扩大，柔性直流输电在国内发展速度一日千里。然而，我国在柔性直流输电系统的保护措施上尚未有良好的解决方案，柔性直流输电系统的稳定性与安全性必将成为制约其大规模应用的首要问题。短路故障是多端柔性直流输电系统中损坏输电设备、导致巨大经济损失的最为严重的故障之一。在高压直流情况下，现有的断路器难以做到在3ms-5ms内开断如此大的电流，因此需要配合限流器共同运行。基于第二代的高温超导带材的高压直流电阻型高温超导限流器串接在电网中，在稳态运行下处于无阻抗状态，损耗为零；在短路故障发生时，高温超导带失超而呈现高电阻状态进行限流，降低断路器的开断要求，具有很好的应用与市场前景。超导电阻型限流器在制作时，通常是利用单根或多根超导带制作成无感饼式或桶式线圈模块，然后多个无感线圈模块通过串并联形成限流器。传统无感饼式结构均为双绕结构，双绕的相邻两匝超导带电流反向。论文(DevelopmentofresistivefaultcurrentlimitersbasedonYBCOcoatedconductors,IEEETransactionsonAppliedSuperconductivity,vol.19,no.3,pp.1950-1955)采用了中部回旋的八卦型结构制作超导双绕无感线圈。中国专利技术专利201210057470.2直接采用中部焊接的方式制作超导双绕无感线圈。传统饼式结构的缺点是单饼端口故障电压高，因此难以制作成大饼，需要多个小饼串联才能构造成能承受高电压的限流器，从而增加了接头数量。传统无感桶式结构同样为双绕结构，与饼式结构类似。论文(AnanalysisandshortcircuittestofvarioustypesofBi-2223bifilarwindingfaultcurrentlimitingmodule,IEEETransactionsonAppliedSuperconductivity,2006,vol.16,no.2,pp.703-706)采用双超导带叠加绕制的方式制作超导无感线圈，叠加绕制更加不利于冲击下的散热。中国专利技术专利201210057511.8采用了双超导带并向绕制的方式制作超导无感线圈。传统桶式结构的缺点与饼式类似，其径向和轴向并绕的圆筒式无感线圈均存在端口电压过高等问题，难以做成大筒。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中饼式无感线圈与桶式无感线圈电绝缘水平较低的缺陷，以及桶式无感线圈占用空间较大的问题，提出一种磁通耦合型饼式高温超导无感线圈。本专利技术在液氮或过冷液氮浸泡的条件下，散热效果好，高压绝缘能力强，在线圈的绕制、冷热循环以及过电流运行中不易损坏高温超导带，可维护性强，可以应用在高压直流电阻型高温超导限流器中。本专利技术主要包括外层隔板、内层隔板、饼芯、内连接柱、内连接片、第一外连接柱、第二外连接柱、外连接片、高温超导带和绝缘波纹纸等部件。外层隔板、内层隔板、饼芯、内连接柱、内连接片、第一外连接柱、第二外连接柱、外连接片组成本专利技术饼式高温超导无感线圈的骨架，高温超导带和绝缘波纹纸绕制在骨架上。内层隔板前后两侧沿轴向各有一个饼芯，两个饼芯的前后两侧各有一个外层隔板。两个外层隔板、一个内层隔板和两个饼芯均为环形，同轴布置。在两个外层隔板和两个饼芯的内环边缘沿径向开有尺寸相同的凹槽，在内层隔板的内环边缘沿径向开有与凹槽宽度相同的通槽，凹槽与通槽的位置对应，内连接柱插入此凹槽与通槽中。两片内连接片分别固定于内连接柱的两个连接端子上。第一外连接柱、第二外连接柱分别位于外层隔板与内层隔板的外环边缘，沿径向固定在外层隔板与内层隔板之间的夹层中。两片外连接片分别通过螺丝固定在第一外连接柱与第二外连接柱的螺纹孔上。高温超导带环绕饼芯，嵌在外层隔板与内层隔板的夹层中。外层隔板、内层隔板以及饼芯采用环氧玻璃钢材料制作。饼芯的直径由高温超导带的可弯曲度确定。饼芯的厚度比高温超导带的宽度宽1mm。内层隔板的厚度由稳态运行的磁场、故障运行下的磁场以及内层隔板的滑闪放电等级确定。外层隔板可以与内层隔板采用相同厚度。外层隔板、内层隔板的外径由高温超导带的厚度、匝数以及匝间距来确定。匝间距由绝缘波纹纸和内外层隔板的滑闪放电等级、散热要求、绝缘波纹纸制备难度确定。内连接柱、内连接片、第一外连接柱、第二外连接柱、外连接片采用紫铜材料制作。内连接柱穿过两个外层隔板、一个内层隔板和两个饼芯，内连接柱沿径向穿透内层隔板内环后，沿轴向在饼芯上方引出两个端子，两个端子突出饼芯约5mm-8mm，并开有螺纹孔，螺丝穿过内连接片上的通孔将两片内连接片分别固定在两个端子的螺纹孔上。内连接片的两端弯曲，弯曲度小的一端用于焊接高温超导带，弯曲度大的一端在绕制高温超导线圈时能够提供一个坡度的缓冲。第一外连接柱与第二外连接柱在“L”的横边上沿垂直方向开有螺纹孔，用以固定外连接片。内连接柱、第一外连接柱、第二外连接柱均用螺丝固定在内层隔板与外层隔板上。绝缘波纹纸由聚四氟热压制，其弯曲后的总厚度为高温超导线圈的匝间间隔。两根高温超导带的首端分别焊接在两片内连接片弯曲度小的一端，两根高温超导带的绕向相反。绝缘波纹纸首端打孔，螺丝依次穿过内连接片的通孔和绝缘波纹纸的孔将绝缘波纹纸固定在内连接柱端子的螺纹孔上。两根高温超导带及两根绝缘波纹纸并行绕成饼式线圈。两根高温超导带的尾端分别焊接在第一外连接柱与第二外连接柱上，同时绝缘波纹纸继续绕制一小段后反折过来夹在第一外连接柱或第二外连接柱与外连接片之间。由于并联的双饼线圈绕向相反，电流大小始终相等，磁场相互抵消，线圈整体呈现零电感。本专利技术通过增加内连接柱的连接端子的数量，使内连接柱的连接端子为2n个，使用2n个饼芯与2n-1个内层隔板，可以实现2n根高温超导带组成的n组磁通耦合型饼式无感线圈。沿径向前后两侧的最外层为两个外层隔板，中间依次放置饼芯、内层隔板、饼芯的排列。相邻的两个线圈绕向相反，电流大小始终相等，磁场相互抵消，线圈整体电感为零。n为不小于1的整数。本专利技术可以通过匝间间隔来改变无感线圈的耐高压等级。线圈在液氮中时，高温超导带的两侧均与液氮接触，冷却与散热效果好。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1a为磁通耦合型饼式无感线圈骨架示意图，图1b为磁通耦合型饼式无感线圈骨架去除一层外层隔板的示意图；图2a为磁通耦合型饼式无感线圈示意图，图2b为磁通耦合型饼式无感线圈去除一层外层隔板的示意图；图3a为外层隔板示意图，图3b为内层隔板示意图，图3c为饼芯示意图，图3d为内连接柱示意图，图3e为内连接片示意图，图3f为第一外连接柱示意图，图3g为第二外连接柱示意图，图3h为外连接片示意图；图4为高温超导带匝间使用的绝缘波纹纸示意图；图5a为磁通耦合型饼式无感线圈A-A向剖视图，图5b为磁通耦合型饼式无感线圈A向正视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施例采用商业化生产的第二代不锈钢高温超导带的典型产品，尺寸范围为：厚度0.1mm-0.3mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种饼式高温超导无感线圈，其特征在于：所述的无感线圈包括外层隔板(4)、内层隔板(1)、饼芯(3)、内连接柱(2)、内连接片(5)、第一外连接柱(6)、第二外连接柱(7)、外连接片(8)、高温超导带(9)和绝缘波纹纸(10)；所述的外层隔板(4)、内层隔板(1)、饼芯(3)、内连接柱(2)、内连接片(5)、第一外连接柱(6)、第二外连接柱(7)和外连接片(8)组成饼式高温超导无感线圈的骨架；高温超导带(9)环绕在饼芯(3)上，绝缘波纹纸(10)位于无感线圈的各匝超导带之间；内层隔板(1)前后两侧沿轴向各有一个饼芯(3)，两个饼芯(3)的前后两侧各有一个外层隔板(4)；两个外层隔板(4)、一个内层隔板(1)和两个饼芯(3)均为环形，同轴布置；在两个外层隔板(4)和两个饼芯(3)的内环边缘沿径向开有尺寸相同的凹槽(14)，在内层隔板(1)的内环边缘沿径向开有与凹槽(14)宽度相同的通槽(15)，凹槽(14)与通槽(15)的位置对应，内连接柱(2)插入此凹槽(14)与通槽(15)中；两片内连接片(5)固定在内连接柱(2)的两个连接端子上；第一外连接柱(6)和第二外连接柱(7)分别位于外层隔板(4)与内层隔板(1)的外环边缘，沿径向固定在外层隔板(4)与内层隔板(1)之间的夹层中；两片外连接片(8)分别固定在第一外连接柱(6)与第二外连接柱(7)上。...

【技术特征摘要】
1.一种饼式高温超导无感线圈，其特征在于：所述的无感线圈包括外层隔板(4)、内层隔板(1)、饼芯(3)、内连接柱(2)、内连接片(5)、第一外连接柱(6)、第二外连接柱(7)、外连接片(8)、高温超导带(9)和绝缘波纹纸(10)；所述的外层隔板(4)、内层隔板(1)、饼芯(3)、内连接柱(2)、内连接片(5)、第一外连接柱(6)、第二外连接柱(7)和外连接片(8)组成饼式高温超导无感线圈的骨架；高温超导带(9)环绕在饼芯(3)上，绝缘波纹纸(10)位于无感线圈的各匝超导带之间；内层隔板(1)前后两侧沿轴向各有一个饼芯(3)，两个饼芯(3)的前后两侧各有一个外层隔板(4)；两个外层隔板(4)、一个内层隔板(1)和两个饼芯(3)均为环形，同轴布置；在两个外层隔板(4)和两个饼芯(3)的内环边缘沿径向开有尺寸相同的凹槽(14)，在内层隔板(1)的内环边缘沿径向开有与凹槽(14)宽度相同的通槽(15)，凹槽(14)与通槽(15)的位置对应，内连接柱(2)插入此凹槽(14)与通槽(15)中；两片内连接片(5)固定在内连接柱(2)的两个连接端子上；第一外连接柱(6)和第二外连接柱(7)分别位于外层隔板(4)与内层隔板(1)的外环边缘，沿径向固定在外层隔板(4)与内层隔板(1)之间的夹层中；两片外连接片(8)分别固定在第一外连接柱(6)与第二外连接柱(7)上。2.按照权利要求1所述的饼式高温超导无感线圈，其特征在于：所述的内层隔板(1)沿内环开有五个通孔(12)，五个通孔(12)的中心线与通槽(15)的中心线两两相隔60°；所述的饼芯(3)沿内环开有六个通孔(12)，六个通孔(12)均布；所述的外层隔板(4)沿内环均布六个通孔(12)；内层隔板(1)、饼芯(3)和外层隔板(4)沿内环均布的通孔用于内层隔板(1)与外层隔板(4)和饼芯(3)的固定；内层隔板(1)、外层隔板(4)、饼芯(3)与内连接柱(2)的通孔(12)位置一一对应，螺丝分别穿过外层隔板(4)、内层隔板(1)、饼芯(3)及内连接柱(2)的通孔(12)，将两个饼芯(3)分别固定在两个外层隔板(4)与内层隔板(1)之间，同时将内连接柱(2)固定在外层隔板(4)与饼芯(3)上。3.按照权利要求1所述的饼式高温超导无感线圈，其特征在于：在所述的外层隔板(4)上，靠近外环边缘处开有六个通孔(13)，用于外层隔板(4)与内层隔板(1)、第一外连接柱(6)及第二外连接柱(7)的固定；螺丝穿过第一外连接柱(6)与第二外连接柱(7)上的通孔(20)，以及内层隔板(1)与两个外层隔板(4)上的通孔(13)，将第一外连接柱(6)固定在内层隔板(1)与一个外层隔板(4)之间，将第二外连接柱(7)固定在内层隔板(1)与另一个外层隔板(4)之间。4.按照权利要求1所述的饼式高温超导无感线圈，其特征在于：所述的内连接柱(2)为“工”字形,“工”字底部横边的一端延长，在此延长端上开有通孔(16)，通孔(16)作为骨架连接端口，与外部电路连接；内连接柱(2)的“工”字竖边的中间开有通孔(12)，用以与外层隔板(4)和饼芯(3)的固定；内连接柱(2)“工”字上横边两端沿垂直方向开有两个螺纹孔(17)，两片内连接片(5)分别固定在两个螺纹孔(17)上；内连接柱(2)的“工”字竖边位于内层隔板1的通槽(15)中，内连接柱2的“工”字下横边内侧位于饼芯(3)的凹槽(14)中，内连接柱2的“工”字下横边外侧位于外层隔板(4)的凹槽(14)中。5.按照权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘师卓，夏东，邱清泉，张志丰，张国民，靖立伟，杨嘉彬，刘清峰，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11