一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，主变压器(1)，牵引变电站(2)，接触网(3)，其特征在于：牵引变电站(2)由高温超导变压器(4)和交直变换装置(5)构成；所述的高温超导变压器(4)组成：铁芯、绕组、电流引线、低温杜瓦和过冷液氮冷却系统。铁芯采用的结构型式为三相五柱非晶合金卷铁芯；绕组采用多层圆筒式绕组；电流引线采用铜排材料从低温区到室温区过渡；低温杜瓦采用绝缘的玻璃钢材料，杜瓦夹层采用带有切口的薄金属箔。实用新型专利技术的技术效果：超导变压器中可以进行绕组操作，利用绕组的超导体的失超功能，促使其在运作过程中能够对短路电流、失超检测具有一定的抑制作用。定的抑制作用。定的抑制作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统


[0001]城市轨道交通供电系统，特别是将高温超导变压器应用于城市轨道交通供电系统。

技术介绍

[0002]城市轨道交通供电系统是城市铁路运输的重要组成部分，供电安全、可靠是城市轨道交通系统正常运行的保证。城市轨道交通是需要大量电力资源的交通系统，需要依靠强大的供电系统来满足电力需求，主要功能是对电力进行降压和整流，并将电力传送给轨道交通工具。
[0003]轨道交通建设初期和运营初期由于需要充分考虑到其运行的可靠性，同时也要考虑到其强大的电力占用对整个城区电网系统的影响，因此通常会采用独立的发电系统为轨道交通提供电力，不过伴随科学技术的进步，现在的城市公共电网已经具有很强的稳定性和抗干扰性，已经拥有了同时为交通系统供电且不影响城区电网电力的技术能力，因此为了更加环保和降低运营成本，轨道交通系统都采用直接把城市公共电网作为电力来源。
[0004]变压器是我国现代电力系统中的核心技术设备。从工作原理方面分析，超导变压器与常规变压器两种类型的设备没有本质性的差异，高温超导变压器是利用高温超导材料进行操作的，将液氮取代变压器油作为冷却介质，进而促使高温超导线圈能够合理有效地在液氮环境内部正常的运作。
[0005]超导变压器具有体积小、重量轻的优势。超导线材的通电电流密度要比铜导体大一些，由超导线材绕制的变压器绕组，其质量要比常规变压器小很多；液氮或液氦在超导变压器中可作为冷却剂和绝缘设备进行使用，两者具有优质的绝缘功能，氦气和氮气是不可燃气体，加之温度较低，所以具有良好的阻燃性，这一功能能够提高城市轨道交通供电系统的安全性。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本技术提出基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统的技术方案，具体如下：
[0007]一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，它的组成：主变压器1，牵引变电站2，接触网3，其特征在于：牵引变电站2由高温超导变压器4和交直变换装置5构成；所述的高温超导变压器4组成：铁芯、绕组、电流引线、低温杜瓦和过冷液氮冷却系统。
[0008]所述的铁芯采用的结构型式为三相五柱非晶合金卷铁芯。
[0009]所述的绕组采用多层圆筒式绕组。
[0010]所述的多层圆筒式绕组高压绕组有8层，分为4组，每组2层，每组2层间以6层聚酰亚胺薄膜作为层绝缘；每组间留有10mm
×
0.2mm的冷却通道。
[0011]所述的电流引线采用铜排材料从低温区到室温区过渡。
[0012]所述的低温杜瓦采用绝缘的玻璃钢材料，杜瓦夹层采用带有切口的薄金属箔。
[0013]所述的过冷液氮冷却系统由3个功能单元组成，分别是热交换单元、主杜瓦单元和液氮泵单元，每个单元之间用柔软的传输管连接。
[0014]本技术的技术效果：超导变压器利用电磁耦合，使超导电力设备有效地与常规电力系统进行技术连接，能够有效减少侵入超导装置中的热量，提高供电系统的效率。适当设计超导绕组的工作电流和临界电流之间的裕值，可使超导变压器具有很强的过负荷能力。这时，超导变压器的运行温度不会因过负荷而升高，不会影响绝缘性能。超导体失超后会产生常导电阻。超导变压器可以进行绕组操作，利用绕组的超导体的失超功能，促使其在运作过程中能够对短路电流、失超检测具有一定的抑制作用。
附图说明
[0015]图1是城市轨道交通供电系统图。
[0016]图2是三相五柱铁芯示意图。
[0017]图3是多层圆筒式绕组。
[0018]图4是玻璃钢杜瓦结构示意图。
[0019]图5是过冷液氮冷却系统。
[0020]图中：1为主变压器，2为牵引变电站，3为接触网，4为高温超导变压器，5为交直变换装置。
具体实施方式
[0021]下面结合附图，对本技术具体实施方式做进一步的说明。
[0022]1.整体技术方案
[0023]一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，它的组成：主变压器1，牵引变电站2，接触网3，其特征在于：牵引变电站2由高温超导变压器4和交直变换装置5构成；所述的高温超导变压器4组成：铁芯、绕组、电流引线、低温杜瓦和过冷液氮冷却系统。如图1所示。
[0024]所述的铁芯采用的结构型式为三相五柱非晶合金卷铁芯。如图2所示。
[0025]所述的绕组采用多层圆筒式绕组。如图3所示。
[0026]所述的多层圆筒式绕组高压绕组有8层，分为4组，每组2层，每组2层间以6层聚酰亚胺薄膜作为层绝缘；每组间留有10mm
×
0.2mm的冷却通道。
[0027]所述的电流引线采用铜排材料从低温区到室温区过渡。
[0028]所述的低温杜瓦采用绝缘的玻璃钢材料，杜瓦夹层采用带有切口的薄金属箔。如图4所示。
[0029]所述的过冷液氮冷却系统由3个功能单元组成，分别是热交换单元、主杜瓦单元和液氮泵单元，每个单元之间用柔软的传输管连接。如图5所示。
[0030]2.主变压器
[0031]在城市轨道交通供电系统中，主变压器(降压变压器)是其中一个极其重要的电器件，继电保护装置更是电力系统正常运行的一项重要保证。而随着社会的不断发展，经济的突飞猛进，生活水平的不断提高，人们对电力的要求也逐渐提高，这就对降压变压器的继电保护提出了更高的要求。对于继电保护的设计，我们应该从它的保护原理、针对变压器故障
等做出具体的继电保护措施以及继电保护的重要性这三个方面做出继电保护设计。
[0032]降压变压器是指把输入端的较高电压，转换为输出相对偏低的理想电压，从而达到降压目的的变压器。降压变压器是输变电系统中十分重要的设备，其正常运行不仅关系到本身的安全、用户的可靠供电，而且直接影响电力系统的稳定。
[0033]降压变压器保护的配置应该满足在任何情况下，都不能烧毁变压器，使事故扩大，影响电力系统的稳定。在研究电力系统的运行及故障，以及探讨应对异常反应的对策时，主要采用有触点的继电器来保护电力系统中的降压变压器、发电机和输电线路等电力元件，使其避免损害，这就称为继电保护，它主要是在电力系统发生故障时可以向工作人员及时地发出预警信号，或者是向控制的断路器发出跳闸命令，来控制距离发生故障元件最近的跳闸装置，让故障元件从电力系统中及时断开，从而更大程度地降低电力元件的损伤，降低电力系统安全供电的风险。
[0034]发现继电保护运行中有异常或存在缺陷时，除了加强监管外，对能引起误动的保护退其出口压板，然后联系继保人员处理。如有下列异常情况，均应及时退出：
[0035](1)母差保护。在发出“母差交流断线”、“母差直流电压消失”信号时；母差不平衡电流不为零时；无专用旁路母线的母联开关串代线路操作及恢复倒闸操作中。
[0036](2)高频保护。当直流电源消失时；定期通道试验参数不符合要求时；装置故障或者通道异常信号发出无法复归时；旁母代线路开关操作过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，它的组成：主变压器(1)，牵引变电站(2)，接触网(3)，其特征在于：牵引变电站(2)由高温超导变压器(4)和交直变换装置(5)构成；所述的高温超导变压器(4)组成：铁芯、绕组、电流引线、低温杜瓦和过冷液氮冷却系统。2.根据权利要求1所述的基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，其特征在于：所述的铁芯采用的结构型式为三相五柱非晶合金卷铁芯。3.根据权利要求1所述的基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，其特征在于：所述的绕组采用多层圆筒式绕组。4.根据权利要求3所述的基于高温超导变压器的城市轨道交通供电系统，其特征在于：所述的多层圆筒式绕组高压绕组有8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娇，吴道宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：