一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器，属于电工技术领域。其包括两个电感线圈、直流快速开关、旁路电阻、定值电阻以及金属氧化物避雷器，两个电感线圈并联，两个电感线圈由超导导线绕制、其匝数相同、结构一致、磁通正向耦合，直流快速开关与超导电感线圈整体串联以形成串联支路，旁路电阻并联在串联支路两端，定值电阻并联在快速开关两端，两个金属氧化物避雷器分别并联在两个电感线圈两端。本发明专利技术限流器能够在直流系统正常状态下为输电线路提供一个超导态的没有阻性损耗的平波电抗，还能在直流系统发生单极接地故障或者两级短路故障时，快速有效地抑制短路电流峰值，还能保护超导电感线圈安全稳定运行。

A Hybrid DC superconducting fault current limiter based on fast energy transfer

The invention discloses a Hybrid DC superconducting current limiter based on rapid energy transfer, belonging to the field of electrical technology. It includes two inductance coils, DC quick switch, shunt resistance, constant resistance and metal oxide arrester, two parallel inductance coil, inductance coil two by superconducting wire winding, the same number of turns, with consistent structure and flux positive coupling, DC quick switch connected with the superconducting inductor to form a whole series branch and bypass resistor connected in parallel with the series branch ends, fixed value resistor connected in parallel with the fast switch ends of two metal oxide arrester is connected in parallel at both ends of two inductance coils. The invention provides a limiter for superconducting transmission line in the normal state of DC system under no resistance loss of the flat wave reactor, but also in the DC system monopolar grounding fault or two short-circuit fault, effectively suppress the peak short-circuit current, can protect the safe and stable operation of the superconducting coil.

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器
本专利技术属于电工
，更准确地，本专利技术涉及一种适用于电力系统短路保护的故障电流限制器。
技术介绍
构建能源互联网，将来输电网络建设可选用的一种重要方式是电压源型高压直流输电(VSCHVDC)，直流短路故障电流的快速断开问题是VSC-HVDC电网亟待解决的关键技术问题之一。目前，尽管高压直流断路器被认为是解决直流电网短路故障问题的有效办法之一，但是，随着电网的不断发展和输电容量的不断上升，使得短路电流的水平不断提高，当短路大电流超过高压直流断路器的遮断容量时，则断路器无法动作，故障无法切除，而继续发展更大容量的直流断路器又面临一系列难点与挑战，如灭弧困难、过压高、吸收故障能量大，同时直流断路器还存在结构复杂，损耗高，体积大等缺点，而目前的混合式直流断路器虽有应用前景，但尚处于研制阶段且研发成本高昂，因此，目前缺乏实用的高压直流保护设备，这成为制约高压直流输(配)电网络实际工程应用和发展的主要瓶颈。故障电流限制器(FaultCurrentLimiter：FCL)的概念于上世纪70年代首先提出，其基本思想为：快速检测即将出现的短路电流峰值，并提前采取措施将其限定在较低水平，以满足已有断路器在不超过其切断能力的前提下切断短路故障。FCL是一种串联接在系统中的电气设备，在系统正常运行时它呈现出较低阻抗，在故障运行时转而呈现高阻抗以进行限流操作。超导限流器的结构简单，体积小，损耗低的特点成功弥补了直流断路器的不足，降低了直流断路器的开断电流水平，减小短路电流的同时提高了断路器动作的可靠性。因此，直流故障限流器与高压直流断路器配合是解决直流短路故障的一种新方法。通过直流故障限流器可有效限制故障电流的峰值和降低其上升速率，实现高压直流断路器的轻型化。研究直流超导限流设备与断路器配合使用是解决高压直流输电保护问题的关键。从设备及措施角度来看，如果能够在系统中某些点建设一些专门用于限制系统故障电流的设备，可以从根本上解决系统短路电流水平超标问题，从而大大简化系统规划的难度。另外，若在规划与建设阶段即考虑用限流器降低系统短路电流，还可能降低建设造价和运行费用。与普通的限流装备相比，超导限流器具有以下优点：(1)利用超导体自身的特性，超导限流器在短路故障发生时的响应速度快，能够在很短的时间内做出反应，从而几毫秒之内就可以完成对短路电流的限制，大大增加了电网的安全可靠性。(2)超导限流器在运行时呈超导状态，为系统带来的额外的功率损失很小，不会对电网造成多余的损耗。(3)超导限流器结构简单且容易实现，是一种静态的限流器，除却超导体之外只需少数的外部辅助装备即可实现。目前，超导限流器研发最多的是电阻型、桥路型、磁屏蔽型以及饱和铁芯型的超导限流器。瑞士ABB首先于1996年研制出10.5kV/1.2MVA磁屏蔽型超导故障限流器，1997年进行短路测试。中国科学院电工所于1997年便着手开发1kV/100A的桥路型SFCL，在1999年成功进行样机的测试。2007年12月，云南电网公司与北京云电英纳超导电缆有限公司成功研制出35kV/90MVA饱和铁芯型超导限流器挂网样机。2008年1月7日，35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器挂网样机在云南电网公司昆明供电局220kV普吉变电站成功地挂网试运行。2012年，中国科学院电工研究所开始进行200kV/1.5kA直流超导限流器的概念设计。2013年，上海交通大学也将一台由多个YBCO限流单元组成的10kV/200A限流器用于直流限流试验。上述四种超导限流器的限流方式根据限流成分可以划分为两种：电阻限流和电感限流。其中桥路型，磁屏蔽型和饱和铁芯型为电感限流。在直流系统中，电阻型限流器利用超导材料失超特性可以实现故障时自动触发、自动限流、响应迅速，缺点是失超初期限流电阻没有达到最大值，限制短路电流峰值能力较弱，失超过程控制难度较大，降低了设备的可靠性，自恢复时间长；在直流系统中，电感型限流器故障时自动限流，响应迅速，能很好的限制短路电流峰值，缺点是缺少阻性分量，故障切除前短路电流趋于稳定，限流器电感无法抑制稳态短路电流。因此，目前迫切需要一种能够在高压直流输电系统中应对单极接地短路故障和两级短路故障、同时能够抑制短路电流峰值和稳态值的直流超导限流器。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于能量快速转移的混合型超导限流器，本专利技术依据电阻限流和电感限流特点，提出了一种既有电阻分量又有电感分量的混合型直流超导限流器拓扑结构，从而能限制直流系统短路故障。本专利技术的基于能量转移的混合型直流超导限流器设备结构简单，易于工程化，可兼顾成本、体积、系统复杂度、触发速度的性能指标。为实现本专利技术目的，本专利技术提供一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器，其包括两个电感线圈、直流快速开关、旁路电阻、定值电阻以及金属氧化物避雷器，其中，所述两个电感线圈并联连接，形成超导电感线圈整体，所述两个电感线圈由超导导线绕制，两个电感线圈匝数相同、结构一致、磁通正向耦合，所述直流快速开关与所述超导电感线圈整体串联以形成串联支路，所述旁路电阻并联在所述串联支路两端，所述定值电阻并联在所述快速开关两端，所述金属氧化物避雷器有两个，分别并联在两个电感线圈两端。以上专利技术构思中，包括直流超导限流器本体拓扑结构，所述混合型直流超导限流器采用超导电感线圈整体并联旁路限流电阻的主体结构，故障时电感阻碍电流上升，故障电流流通路径转移至电阻支路，实现快速投入限流电阻限制短路电流峰值。主体结构中，超导电感线圈整体由两个匝数相同、结构一致、磁通正向耦合的超导电感线圈并联而成，磁通正向耦合可以提高整体超导电感增益，减小超导线圈并联所带来的整体电感值下降的影响，同时两个相同的电感线圈并联，可以让两个电感线圈在短路故障时共同承担短路电流分量的冲击，使每个电感线圈的所承受的电流冲击为整体超导电感线圈结构所承受的一半。降低了短路电流分量对于超导电感线圈的影响。主体结构中，在超导电感线圈整体所在支路串联接入一个直流快速开关并联定值电阻的结构。直流系统处于正常状态时，直流快速开关闭合，系统电流的流通路径是超导电感线圈支路，此时限流器起到平波电抗的作用。当发生短路故障时，直流快速开关断开，超导电感线圈支路快速投入一个开关旁路电阻以限制电感支路电流峰值，从而保护超导电感线圈，防止因电流过大发生损坏，同时保证在短路电流趋于稳定时，电感支路因含有阻性分量而使限流器可以限制稳态短路电流。而直流快速开关因其两端并联有定值电阻使断口电压被钳位，大大降低开关开断条件，提高开关运行可靠性，使直流快速开关轻型化，降低限流器制造成本。金属氧化物避雷器主要防止电感过电压。进一步的，所述旁路电阻为定值电阻。进一步的，所述超导电感线圈在超导限流器工作过程中一直处于超导态。进一步的，所述超导限流器安装在直流输电线路的首端或末端。进一步的，所述电感线圈可为空心结构或具有铁芯结构。进一步的，所述避雷器为金属氧化物型避雷器。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：相比于常规限流器在成本、体积、系统复杂程度、触发速度等性能指标难以兼顾的缺陷，本专利技术依据电阻限流和电感限流特点，提出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器，其特征在于，其包括两个电感线圈、直流快速开关、旁路电阻、定值电阻以及金属氧化物避雷器，其中，所述两个电感线圈并联连接，形成超导电感线圈整体，所述两个电感线圈由超导导线绕制，两个电感线圈匝数相同、结构一致、磁通正向耦合，所述直流快速开关与所述超导电感线圈整体串联以形成串联支路，所述旁路电阻并联在所述串联支路两端，所述定值电阻并联在所述快速开关两端，所述金属氧化物避雷器有两个，分别并联在两个电感线圈两端。

【技术特征摘要】
1.一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器，其特征在于，其包括两个电感线圈、直流快速开关、旁路电阻、定值电阻以及金属氧化物避雷器，其中，所述两个电感线圈并联连接，形成超导电感线圈整体，所述两个电感线圈由超导导线绕制，两个电感线圈匝数相同、结构一致、磁通正向耦合，所述直流快速开关与所述超导电感线圈整体串联以形成串联支路，所述旁路电阻并联在所述串联支路两端，所述定值电阻并联在所述快速开关两端，所述金属氧化物避雷器有两个，分别并联在两个电感线圈两端。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丽，梁思源，唐跃进，徐颖，夏仲，王作帅，石晶，李敬东，张立晖，严思念，杨张伟，张意，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42