[发明专利]一种超导限流器

说明书

本发明的超导限流器，包括管式超导元件、端部导电元件以及分流螺线管，所述管式超导元件包括：用于传输低温冷却介质的中心冷却管、超导电缆以及铠装管，所述超导电缆并联绞制于中心冷却管上并套接于所述铠装管内；所述分流螺线管留有间距地环绕管式超导元件外周排布，分流螺线管环的端部通过所述端部导电元件与管式超导元件电连接，端部导电元件设有与中心冷却管相连通的冷却介质通道。有益效果：增加了超导限流器的可靠性，减小了限流器的尺寸。在提供高电场强度的同时，保证了大电流冲击下的力学稳定性。

技术领域

本发明属于电气工程领域，尤其涉及一种超导限流器。

背景技术

电力输电系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，就很难保持电气设备的动态稳定和热稳定。为了满足某些断路器遮断容量的要求，直流输电的换流站通常装有平波电抗器，用于增大短路阻抗，限制短路电流，并可防止由直流线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过电压的损坏。柔直系统通过在换流站直流母线和直流线路之间串入平波电抗器，可达到抑制直流线路故障电流上升率，并降低MMC闭锁前后直流侧短路电流的作用。为降低直流短路电流幅值，平波电抗器的电感值通常需要数十mH。但对于高电压等级较大容量的平波电抗器，其稳态运行损耗和体积均较大。

超导限流器作为近年来超导电力技术领域研究的焦点，是一种有效的短路故障电流限制装置。其正常运行时，对电网的影响很小；发生短路故障时，同样能在极短时间内有效地降低系统短路电流，迅速将短路电流限制到可接受的水平，进而避免过大的短路电流对电网和电气设备的安全稳定运行构成重大危害。超导限流器通常有电阻型、电感型和混合型三种类型。

电阻型超导限流器是直接利用超导材料在超导态时电阻近似为零、但在故障电流的激励下瞬间从超导态转变为非超导态且失超后产生大电阻的特性，起到抑制故障电流的作用。优点在于结构紧凑、响应速度快，稳态阻抗阻值较大，限流效果明显，运行损耗较小，一般情况下采用无感绕组的制作方式。但是由于其限流阻抗值较小，因而超导带材的使用量较大，且失超恢复时间较长，在故障限制过程中容易产生并积累焦耳热。

电感型超导限流器，是在限制故障电流的过程中，利用电感来降低故障电流上升的斜率。其限流作用的起效时间和失超恢复时间都更短，但正常工作时由于电感值较高，会导致能耗的增加和装置的压降，并且还会降低装置的限流能力。

混合型的阻感超导限流器则结合了电阻型和电感型超导限流器的优点，其稳态运行损耗和体积都较小，限流效果明显，限流响应时间和失超恢复时间都很短。

但与现有的电阻型超导限流器相比，阻感型超导限流器在稳态运行和限流过程中绕组面临更复杂的动稳定性、匝间过电压等难题。尤其是当采用阻感型结构时，大的电流冲击使得绕组超导体将承载数百倍于稳态的动态电磁力作用，对超导体及外围结构的力学稳定性都提出了极高的要求。

如何使阻感型超导限流器能够承受大的电流冲击和动态电磁力作用，为其替换常规柔直系统的平波电抗器提供可能，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种超导限流器，用于替换常规柔直系统的平波电抗器，避免了采用多个线圈并联导致传输电流不均匀的问题，本发明提出的技术方案为：

所述超导限流器，包括管式超导元件、端部导电元件以及分流螺线管，所述管式超导元件包括：用于传输低温冷却介质的中心冷却管、超导电缆以及铠装管，所述超导电缆并联绞制于中心冷却管上并套接于所述铠装管内；所述分流螺线管留有间距地环绕管式超导元件外周排布，分流螺线管环的端部通过所述端部导电元件与管式超导元件电连接，端部导电元件设有与中心冷却管相连通的冷却介质通道。

所述超导限流器的进一步设计在于，还包括管状的电感调节单元，所述电感调节单元套接于管式超导元件铠装管的内表面或外表面，且电感调节单元与端部导电元件相隔离。