一种新型超导直流限流器制造技术

本发明专利技术公开了一种新型超导直流限流器，包括由内至外依次套设的磁性芯柱、超导导体环组和通流/限流电感线圈，所述超导导体环组设置于第一绝热容器内，通过冷却介质浸泡或传导冷却，所述通流/限流电感线圈串联于直流输电线路中。本发明专利技术结构简单、性能优越、功能可靠，适用于直流输电线路。

A new type of superconducting DC current limiter

The invention discloses a novel DC superconducting current limiter includes, in sequence from inside to outside the set of magnetic core column, superconducting conductor ring group and flow / current limiting inductance coil, the superconducting conductor ring is arranged on the first insulating container through the cooling medium soaking or conduction cooling, flow / current limiting inductance coil series to the DC transmission lines in the. The invention has the advantages of simple structure, superior performance and reliable function, and is suitable for direct current transmission lines.

【技术实现步骤摘要】
一种新型超导直流限流器
本专利技术涉及一种限流器，更具体的说，是涉及一种用于降低直流输电线路发生短路故障时的故障电流水平的新型超导直流限流器。
技术介绍
理想的输电线路短路故障电流限制设备应在线路正常输电时具有很低的阻抗，所产生的输电损耗和电压降落很小，在线路发生短路故障时又具有较大的阻抗，限制短路电流的水平。与传统的短路故障限流设备相比，超导限流器具有明显的性能优势。到目前为止，已经在原理上提出或在技术上发展了多种类型的超导限流器[1]，他们中间的大多数是为解决交流电网短路故障电流问题的。随着近几年高压直流输电线路的增加，对直流故障限流设备的需求变成越来越迫切，期待利用有效的故障限流设备来摆脱目前直流断路器在开断容量方面无法满足大容量直流输电线路需求的困境。现在可以用于交流输电线路的超导限流器也不适合直接应用于大容量直流输电线路中，所以发展适合于大容量直流电网的超导电流器是十分必要的，也具有良好的工业应用前景。直流限流机理与交流限流机理有不同之处，所以在直流限流器的设计方面要考虑与交流限流器不同的一些因素。虽然在低温工作环境等方面的要求几乎相同，但用于直流的超导限流器和用于交流的超导限流器技术特性要求还是有明显区别的。楞次定律告诉我们“感应电流在回路中产生的磁通总是反抗(或阻碍)原磁通的变化”。如果这个回路是由超导材料组成的，那么只要这个回路处于零电阻的超导状态，就能够完全反抗外部磁通的变化，使回路所包围的内部区域的磁通状态保持不变。本专利技术就是基于这个原理，提出了一种新型的、满足理想限流器特征的用于直流输电线路的超导限流器。[1]NOEM,STEURERM.,“High-temperaturesuperconductorfaultcurrentlimiters:conceptsapplicationsanddevelopmentstatus”,SuperconductorScience&Technology,2007,20：15-29.
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、性能优越、功能可靠的新型超导直流限流器，能够降低直流输电线路发生短路时的故障电流水平。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种新型超导直流限流器，包括由内至外依次套设的磁性芯柱、超导导体环组和通流/限流电感线圈，所述超导导体环组设置于第一绝热容器内，通过冷却介质浸泡或传导冷却，所述通流/限流电感线圈串联于直流输电线路中。所述磁性芯柱设置为闭合体或两端开放的几何体，所述磁性芯柱由软磁材料制作，采用软磁合金的薄带或薄片叠拼而成、或由软磁合金块材加工而成、或由软磁合金粉料压制而成。所述超导导体环组由一个闭合超导导体环构成或至少两个闭合超导导体环并列构成，每个所述闭合超导导体环是由超导导线焊接或超导块材机械加工而成的超导导体闭合回路，每个所述闭合超导导体环由至少一匝超导导体组成。所述闭合超导导体环采用铌钛、铌三锡、铋系、钇系、硼化鎂或铁基超导体材料制作。所述通流/限流电感线圈由螺旋管线圈或至少两个饼状线圈串联构成。所述通流/限流电感线圈采用超导导体材料加工制作，所述超导导体材料采用铌钛、铌三锡、铋系、钇系、硼化鎂或铁基超导体，所述通流/限流电感线圈设置于第二绝热容器内或与超导导体环组共同设置于第一绝热容器内，通过冷却介质浸泡或传导冷却，且所述通流/限流电感线圈两端分别设置一个专用于超导装置的电流引线与外部直流输电线路连接。所述通流/限流电感线圈由常规导体材料加工制作，所述常规导体材料采用铜或铝，所述通流/限流电感线圈应用干式绝缘或应用油绝缘置于油箱内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术中，磁性芯柱在达到磁通饱和之前具有很高的磁导率，当通流/限流电感线圈与其发生磁通耦合时，就会产生比其为空心线圈时高出102-103倍的电感值，产生的感抗可以用来有效地限制线路中的电流的变化；(2)本专利技术中，磁性芯柱和通流/限流电感线圈之间设置有超导导体环组，在直流输电线路短路时，超导导体环组失超，提高本专利技术限制线路中电流变化的能力，在磁性芯柱和通流/限流电感线圈之间完全没有耦合时，不会有明显的感抗而影响线路的合闸和正常输电；(3)本专利技术中，可以通过设计超导导体环组的单环匝数和环组个数改变超导导体环组总的临界安匝数来设计限流器的限流阈值。当输电线路中的电流不大于限流阈值时，限流器处于低阻抗状态；当输电线路中的电流大于限流阈值时，限流器转换为高阻抗状态。附图说明图1是本专利技术中基本功能元件的示意图；图2是本专利技术中基本功能元件的立体装配图；图3是本专利技术的轴向结构示意图；图4是常用磁性芯柱材料的磁导率与磁化状态关系示意图；图5是本专利技术使用过程的等效电路示意图。附图标记:1磁性芯柱；2超导导体环组；3通流/限流电感线圈；4第一绝热容器；5第二绝热容器或油箱；----------磁导率；----磁通密度；L线圈电感；RL线圈电阻；Rb分流电阻。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1至图3所示，本专利技术的一种新型超导直流限流器，基本功能构件包括由内至外依次同轴套设的磁性芯柱1、超导导体环组2和通流/限流电感线圈3。所述磁性芯柱1由软磁材料制作，可以采用软磁合金的薄带或薄片叠拼而成、或由软磁合金块材加工而成、或由软磁合金粉料压制而成。所述磁性芯柱1可以是柱形，也可以根据需要制作成其他形状，所述磁性芯柱1可以是两端开放的几何体，也可以是一个带有气隙或不带有气隙的闭合体。所述超导导体环组2由一个闭合超导导体环构成或至少两个闭合超导导体环并列构成，一般是由若干个闭合超导导体环并列组成，每个所述闭合超导导体环是由超导导线焊接或超导块材机械加工而成的超导导体闭合回路，每个所述闭合超导导体环由至少一匝超导导体组成，所述闭合超导导体环采用铌钛、铌三锡、铋系、钇系、硼化鎂或铁基超导体等各种低温和高温超导体材料制作。所述超导导体环组2设置于呈圆筒形的第一绝热容器4内部，即超导导体环组2设置于第一绝热容器4的内壁和外壁之间，第一绝热容器4的内壁和外壁之间填充有冷却介质，通过冷却介质(一般采用液氮等)浸泡或传导冷却使超导导体环组2在本专利技术正常输电状态时处于超导状态。所述超导导体环组2可套设于骨架上后，再放置于第一绝热容器4的内外壁之间。所述超导导体环组2总的超导临界电流的大小决定本专利技术的限流阈值。所述通流/限流电感线圈3为螺旋管线圈或至少两个饼状线圈串联而成的绕组，所述通流/限流电感线圈3由常规导体材料或超导导体材料加工制作，所述常规导体材料采用铜或铝等，即常规导体材料制作的通流/限流电感线圈3可以是铜线圈、铝线圈等，所述超导导体材料可以是铌钛、铌三锡、铋系、钇系、硼化鎂或铁基超导体等各种低温和高温超导体。若所述通流/限流电感线圈3采用常规导体材料加工制作，所述通流/限流电感线圈3应用干式绝缘或应用油绝缘置于油箱5(此时，图3中的标记5代表油箱)内，可视直流输电线路的电压而定。若所述通流/限流电感线圈3采用超导导体材料加工制作，所述通流/限流电感线圈3可设置于呈圆筒形的第二绝热容器5内部(此时，图3中的标记5代表第二绝热容器)，即通流/限流电感线圈3设置于第二绝热容器5的内壁和外壁之间，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型超导直流限流器，其特征在于，包括由内至外依次套设的磁性芯柱、超导导体环组和通流/限流电感线圈，所述超导导体环组设置于第一绝热容器内，通过冷却介质浸泡或传导冷却，所述通流/限流电感线圈串联于直流输电线路中。

【技术特征摘要】
1.一种新型超导直流限流器，其特征在于，包括由内至外依次套设的磁性芯柱、超导导体环组和通流/限流电感线圈，所述超导导体环组设置于第一绝热容器内，通过冷却介质浸泡或传导冷却，所述通流/限流电感线圈串联于直流输电线路中。2.根据权利要求1所述的一种新型超导直流限流器，其特征在于，所述磁性芯柱设置为闭合体或两端开放的几何体，所述磁性芯柱由软磁材料制作，采用软磁合金的薄带或薄片叠拼而成、或由软磁合金块材加工而成、或由软磁合金粉料压制而成。3.根据权利要求1所述的一种新型超导直流限流器，其特征在于，所述超导导体环组由一个闭合超导导体环构成或至少两个闭合超导导体环并列构成，每个所述闭合超导导体环是由超导导线焊接或超导块材机械加工而成的超导导体闭合回路，每个所述闭合超导导体环由至少一匝超导导体组成。4.根据权利要求3所述的一种新型超导直流限流器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：信赢，田波，李继春，夏芳敏，李全，魏子镪，杜伯学，李斌，王常骐，黄鹏豪，
申请(专利权)人：天津大学，富通集团天津超导技术应用有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12