[发明专利]一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器

说明书

技术领域

本发明属电磁设备技术领域，尤其涉及一种饱和铁心型超导限流器。

背景技术

由于饱和铁心型超导限流器具有稳态低阻、短路高阻的优异工作特性，它是目前用于解决高压电网短路电流的最佳可选方案。饱和铁心型超导限流器由电抗系统、直流控制系统、监控系统和低温系统构成，电抗系统主要由铁心、交流绕组和直流绕组组成。

饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组一般有两种耦合方式：紧耦合方式及松耦合方式。

对于饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组紧耦合方式的构成参见图1、图2所示，直流绕组(包括直流绕组1、2中的至少之一)和交流绕组(包括交流绕组3、4)一同布置在组合的中柱上，它的耦合系数较高，使交流铁心达到工作要求的深度饱和状态所需要的直流安匝较小，图1、图2中：5代表直流铁心柱，6代表交流铁心柱。

对于饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组松耦合方式的构成参见图3、图4所示，直流绕组(包括直流绕组1、2中的至少之一)和交流绕组(包括交流绕组3、4)位于同一铁心窗口的不同铁心柱(中心铁心柱和边柱)上，这种结构能够分离限流器的高压(交流绕组)和低压(铁心和直流绕组)部分，使整体结构更为紧凑，但由于直流绕组与中心铁心柱之间空隙较大，相对耦合程度降低。图3、图4中：5代表直流铁心柱，6代表交流铁心柱。

在高压电气设备中绝缘结构往往是总体结构的关键。对饱和铁心型超导限流器而言，交流绕组的绝缘结构不但影响到设备的安全运行，而且直接关系到设备的整体结构形式、体积大小、制作成本，是超导限流器设计的关键点和出发点之一。

但超导限流器现在结构设计上有一定的局限性，尤其是基于高电压等级紧耦合带来的绝缘安全问题是设计的一大难题：对高电压等级来说，高压绕组在内、低压绕组在外的紧耦合结构使绝缘变得困难，制作及维修难度大，另外控制直流绕组的直径加大，从而增加了直流绕组材料的用量，对于超导限流器来说，直流绕组为超导带材，价格比较昂贵，因此提高了制作成本。

对于松耦合方式，本申请人发明了紧凑型铁心结构(申请号为200710097089.8)，解决了传统交流绕组设计制作超导限流器的绝缘难题，但同时却以牺牲交、直流绕组的耦合系数为代价。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其容易保证绝缘强度，并具有较好的耦合性。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其由电抗系统、直流控制系统、监控系统和低温系统构成，其中电抗系统由铁心、交流绕组、直流绕组组成；所述的交流绕组用至少1匝电缆绕制。

所述电缆绕制的交流绕组两端带有电缆接头。

所述电缆绕制的交流绕组为螺线管形式，可由直径不同的多层电缆螺线管叠套而成。电缆绕组的匝间及层间需加装固定电缆绕组的固紧夹件。

所述的电缆可以是干式电力电缆或充油式电力电缆、超导电缆。

所述的电缆横截面结构由内向外一般依次为导体层、半导电层、绝缘层、半导电层和外护层。

绝缘层的制作材料应与半导电层的基底材料为具有相同弹性模量的聚合物。

本发明适用于具有直流励磁绕组和交流工作绕组的电磁设备中，尤其适用于高压电网用饱和铁心型超导故障限流器，该种交流绕组可灵活运用于限流器的松、紧耦合结构布置中。本发明打破了超导限流器结构设计上的局限性，使交、直流绕组耦合方式更具灵活性，解决了高压绝缘的设计难题。另外，使用电缆绕制成的高压交流绕组代替传统的油浸绕组，提高了电气设备运行的安全性，同时具有环保、抗短路能力强、绝缘系统设计简单等特点。

本发明的优点是：

1、在满足超导限流器的绝缘要求下，可以大大简化它的绝缘结构设计，以降低整体设备制作工艺的复杂性。

2、避免了油浸绝缘的复杂结构和潜在的安全隐患，提高了整体设备运行的安全可靠性。

3、为优化设备的整体结构，降低设备体积、重量及制作成本提供了更为广阔的空间。

4、本发明可使饱和铁心型超导限流器的设计思路更广泛，应用方式更灵活，电缆绕制的交流绕组与直流绕组的耦合方式既可以采用松耦合，也可以采用紧耦合。

5、本发明电缆绕制的交流绕组在限流器紧耦合结构中应用时，无需增大直流铁心柱和轭铁的截面积来加强直流对交流的励磁，大大减小了限流器的重量和体积。

6、使用本发明电缆绕制的高压交流绕组制作的超导限流器具有环保、抗短路能力强、绝缘系统设计简单等特点，另较为轻便，容易搬运。