[发明专利]超导限流液氮开关组合电器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种超导限流液氮开关组合电器及其工作方法，该组合电器包括真空隔热杜瓦柜体、超导限流单元和液氮开断单元和液氮循环冷却系统；真空隔热杜瓦柜体充满液氮，超导限流单元与液氮开断单元共处于杜瓦柜体内部，两单元之间由真空隔热层隔开并电连接；超导限流单元包括超导带材支架及超导带材；液氮循环冷却系统包括液氮泵以及换热器、液氮储罐和制冷机；液氮开断单元包括动静触头，操动机构、泄压喷口、液氮储罐及液氮泵、氮气储罐及加压泵；本发明利用超导限流单元在线路故障时的失超特性降低故障电流，同时利用液氮良好的绝缘特性和较好的电流开断特性开断故障电流；实现限流、开断一体化，共享制冷系统，节约成本，减小设备的体积。

技术领域

本发明涉及超导应用领域与开关技术领域，具体涉及一种超导限流液氮开关组合电器及其工作方法。

背景技术

人们对电力需求的不断增长与和供电质量要求的不断提高，配电网的规模日益扩大，电网互联程度越来越高。电网的互联程度一方面提高了供电可靠性，降低了供电成本，另一方面同时也降低了电网系统短路阻抗，使得短路电流水平急剧增大，甚至超出线路断路器能够应对的范围。控制电网短路电流的限流电力设备迅速发展，不同于传统的高阻抗变压器与电抗限流器，理想超导限流器在电网输电时呈现低阻抗，电网发生短路故障时迅速转换为高阻抗，有效限制短路电流，限流后又能及时自动恢复低阻抗状态，因而超导限流器不会增大输电损耗，降低电网电压调节能力，具有优异的发展前景。

目前液氮作为高温超导电力设备的冷却、绝缘介质，其绝缘能力优于SF₆气体。0.1MPa的液氮的击穿场强约为47kV/mm，比0.5MPa的SF₆气体的击穿场强高5kV/mm，且无温室效应，环境友好。利用液氮作为绝缘介质和灭弧介质替代SF₆气体，大大减少了SF₆气体及其氟化物对操作人员与环境安全带来的危害，为灭弧介质选择提供了新的选择方向。初步试验表明，液氮介质具有优异的电流开断能力，是开断领域的新型开断方法。

将超导限流器与液氮开关串联组合，利用超导限流器的限流特性大大提高了液氮开关的开断短路电流能力，超导限流器的冷却绝缘介质液氮具有优异的绝缘能力与超低温特性，成本低廉且无温室效应，利用液氮作为绝缘介质和灭弧介质替代SF₆气体，大大减少了SF₆气体及其氟化物对操作人员与环境安全带来的危害，为灭弧介质选择提供了新的选择方向。将液氮开关与超导限流器组合在一起，实现限流、开断一体化，共享制冷系统，节约制冷成本，进而减小设备的体积和成本。

现有的类似专利有：一种具有液氮冷却循环系统的封闭开关设备申请号：201510164304.6，与本申请的区别在于该专利将真空灭弧室浸泡在液氮中，采用传统的真空断路器开断电弧，而液氮只作为绝缘介质以避免SF₆在高寒地区液化而失去绝缘能力。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超导限流液氮开关组合电器及其工作方法，将超导限流单元与液氮开断单元串联组合，利用超导限流开断单元的限流特性极大地提高液氮开断单元开断短路电流的能力，采用全新的灭弧介质液氮，在液氮环境中直接开断电路；因而灭弧介质不同，灭弧原理也不同；同时液氮环境友好，成本低廉，具有极强的绝缘能力，该超导限流液氮开关组合电器在超导电力网络中使用能够进一步降低系统制冷成本，提高能效。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：