專利名稱：電阻型超導(dǎo)故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)故障限流器，并且具體地說(shuō)涉及電阻型超導(dǎo)故障限流器。
背景技術(shù)：
在用于發(fā)電、輸電、和配電等的包括電站、電力輸送線路、變電站，配電線路的電力系統(tǒng)中，在短路故障、接地故障等故障電流發(fā)生時(shí)，故障限流器(FCL)是用于限制向母線、絕緣器、斷路器等施加的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和電應(yīng)力的裝置。因?yàn)楣收想娏鬟B續(xù)增加，并且開(kāi)發(fā)不受故障電流影響的電力裝置很困難，對(duì)故障限流器的需求正在增加。但是，由于技術(shù)上和商業(yè)上的困難延遲了應(yīng)用于電力系統(tǒng)的故障限流器的開(kāi)發(fā)。
由于發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體(HTS)，開(kāi)發(fā)了利用新型裝置的非線形電壓-電流特性的故障限流器，并從1987年開(kāi)始開(kāi)發(fā)了利用液態(tài)氮作為制冷劑的高溫超導(dǎo)體。
這種超導(dǎo)體具有高的非線性電阻特性，從而具有能夠作為故障限流器使用的可能性。但是，由于極昂貴的冷卻費(fèi)用，對(duì)利用液態(tài)氦作為制冷劑的HTS尚未進(jìn)行充分研究。近來(lái)，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)了利用液態(tài)氮作為制冷劑的HTS，所以出現(xiàn)了各種利用超導(dǎo)電性的超導(dǎo)故障限流器。
超導(dǎo)故障限流器利用其超導(dǎo)體從超導(dǎo)狀態(tài)向正常導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變的失超(quench)特性。即，因?yàn)榫哂锌焖僭黾拥碾娮璧某瑢?dǎo)體起熔斷器的作用，超導(dǎo)故障限流器限制故障電流。當(dāng)故障電流值降低時(shí)，超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)體從正常導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變到超導(dǎo)狀態(tài)。超導(dǎo)故障限流器具有各種類型，如電阻型、電感型和混合型等。
在所述各種故障限流器中，電阻型故障限流器是最可開(kāi)發(fā)的和商業(yè)上最成熟的。
電阻型超導(dǎo)故障限流器具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并比電感型的具有更輕的重量，更低的成本。但是，當(dāng)操作電阻型超導(dǎo)故障限流器時(shí)，引起其中產(chǎn)生熱的過(guò)熱點(diǎn)。另外，在開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的超導(dǎo)故障限流器中存在困難。
為了解決電阻型超導(dǎo)故障限流器的問(wèn)題，在從超導(dǎo)狀態(tài)到正常導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變的超導(dǎo)體的失超現(xiàn)象時(shí)間，必須分散在故障限流裝置上部分產(chǎn)生的過(guò)熱，并且為了增加故障限流器的電壓容量，彼此串聯(lián)連接的故障限流裝置上必須同時(shí)產(chǎn)生失超現(xiàn)象。
為了增加故障限流器的電壓容量，研究了各種方法，如插入并聯(lián)電阻，通過(guò)適當(dāng)?shù)拇?lián)或并聯(lián)結(jié)合同時(shí)引起失超現(xiàn)象。然而，尚未提出確定的方案。
同時(shí)，提出的方法還有，在使用Bi-2223環(huán)和桿型的超導(dǎo)故障限流器中，使用加熱器以提高磁場(chǎng)和超導(dǎo)裝置的溫度，在超導(dǎo)故障限流器當(dāng)中引起均勻的失超現(xiàn)象。但是，所述的方法不能解決以下問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；當(dāng)電流流向磁場(chǎng)施加單元時(shí)，在磁場(chǎng)施加單元的線圈上產(chǎn)生感應(yīng)熱；以及磁場(chǎng)施加單元的線圈的電抗對(duì)系統(tǒng)的影響。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，現(xiàn)有的超導(dǎo)故障限流器1包括超導(dǎo)裝置2，即電阻型裝置；填充比如液態(tài)氮的制冷劑的非金屬低溫恒溫器4，其用于將超導(dǎo)裝置1保持在超導(dǎo)狀態(tài)；線性線圈，用于向超導(dǎo)裝置2的整個(gè)區(qū)域均勻施加磁場(chǎng)；和電流引線3和5，用于將超導(dǎo)裝置2和線性線圈6串聯(lián)。
超導(dǎo)裝置2是電阻型裝置，并處在低溫恒溫器4中。低溫恒溫器4充有液態(tài)氮，以冷卻超導(dǎo)裝置2，從而保持超導(dǎo)裝置2的超導(dǎo)狀態(tài)。
低溫恒溫器4位于由箔式繞組形成的線性線圈6中，通過(guò)電流引線3和5，線性線圈6與超導(dǎo)裝置2串聯(lián)。電力系統(tǒng)的電路電流通過(guò)電流引線3和5彼此反向流動(dòng)。構(gòu)造線性線圈6使得電流均勻地向超導(dǎo)裝置的整個(gè)區(qū)域施加磁場(chǎng)。線性線圈6上銅或鋁形成箔式繞組。線性線圈6向超導(dǎo)裝置2水平施加磁場(chǎng)，構(gòu)造其使得在向其施加電流時(shí)具有低的電感和低的磁場(chǎng)。
為了限制過(guò)電壓，將金屬氧化物變阻器7并聯(lián)到超導(dǎo)故障限流器1。
下面說(shuō)明現(xiàn)有的超導(dǎo)故障限流器1的工作。
當(dāng)電力系統(tǒng)上流動(dòng)故障電流時(shí)，流向線性線圈6的電流大量增加。增加的電流通過(guò)線性線圈6產(chǎn)生磁場(chǎng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)水平施加到超導(dǎo)裝置2，并且施加的磁場(chǎng)超過(guò)超導(dǎo)裝置2的磁場(chǎng)的預(yù)定閾值。由于通過(guò)線性線圈6產(chǎn)生的磁場(chǎng)和流向超導(dǎo)裝置2的增加的電流，超導(dǎo)裝置2轉(zhuǎn)變到電阻型狀態(tài)。在通過(guò)線性線圈6產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻地水平施加到超導(dǎo)裝置2上時(shí)，在超導(dǎo)裝置2的整個(gè)區(qū)域上均勻地引起超導(dǎo)裝置的失超現(xiàn)象。據(jù)此，能夠防止超導(dǎo)裝置的局部加熱和由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的集中產(chǎn)生的機(jī)械力造成的結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)械事故。同時(shí)，因?yàn)榇艌?chǎng)水平地均勻施加到超導(dǎo)裝置2上，所以增加超導(dǎo)裝置2的電阻產(chǎn)生比率。因此，能夠開(kāi)發(fā)具有快速響應(yīng)特性的電阻型故障限流器。
為了防止由于熱造成的超導(dǎo)裝置的損壞，在現(xiàn)有的電阻型超導(dǎo)故障限流器中，在低溫恒溫器外安裝線性線圈6，線性線圈6串聯(lián)到超導(dǎo)裝置2，并且應(yīng)用將線性線圈6直接連接到電力系統(tǒng)的技術(shù)。
因此，在現(xiàn)有的電阻型超導(dǎo)故障限流器中，在超導(dǎo)裝置的整個(gè)區(qū)域能夠均勻地引起失超現(xiàn)象，并且在彼此串聯(lián)的超導(dǎo)裝置上能夠同時(shí)引起失超現(xiàn)象。
但是，在現(xiàn)有的電阻型超導(dǎo)故障限流器中，即使在正常的電流流向電流系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于對(duì)流向線性線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生不利的影響，并且線性線圈的電抗分量對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有不利的影響。即，即使在電力系統(tǒng)上流動(dòng)著正常電流時(shí)，因?yàn)榫€性線圈一直連接到電力系統(tǒng)，所以由于向線性線圈流動(dòng)的電流線性線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響超導(dǎo)故障限流器。
同時(shí)，在現(xiàn)有電阻型超導(dǎo)故障限流器中，因?yàn)榧词乖谡９ぷ鳡顟B(tài)，電路電流流向電阻型超導(dǎo)故障限流器，所以能夠降低現(xiàn)有電阻型超導(dǎo)限流器的超導(dǎo)裝置的電流。因此，增加電阻型超導(dǎo)故障限流器的大小，或增加電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)裝置的數(shù)目。在電阻型超導(dǎo)故障限流器的容量變大，并具有高電壓時(shí)，所述的問(wèn)題變得嚴(yán)重。在電阻型超導(dǎo)故障限流器的容量變大時(shí)，線性線圈的大小和繞組的數(shù)目必須增加，從而在成本和操作上具有缺點(diǎn)。
在現(xiàn)有電阻型超導(dǎo)故障限流器中，電力系統(tǒng)的電路電流，即在電源和負(fù)載之間的電路的電流流向線性線圈。因此，在線性線圈上產(chǎn)生的熱必須被隔離。
同時(shí)，在向各超導(dǎo)裝置同時(shí)引起失超的現(xiàn)有電阻型超導(dǎo)故障限流器中，能夠使用基于Bi2Sr2CaCu2Ox(下文稱BISCCO組)的超導(dǎo)裝置，但是使用基于Y-Ba-Cu-O(下稱YBCO組)的超導(dǎo)裝置時(shí)存在問(wèn)題。其原因是，因?yàn)闉榱水a(chǎn)生相同量的磁場(chǎng)，基于YBCO的超導(dǎo)裝置的水平磁場(chǎng)必須比垂直磁場(chǎng)高幾十倍。因此，在線性線圈的大小和匝數(shù)方面，效率和效果變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電阻型超導(dǎo)故障限流器，通過(guò)使用與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，使得在正常電流向電力系統(tǒng)流動(dòng)時(shí)，電力系統(tǒng)的電流不能夠向電阻型超導(dǎo)故障限流器的線性線圈流動(dòng)，其能夠加強(qiáng)它的超導(dǎo)裝置的電流并能夠在正常電流施加到電力系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)除去線性線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)防止在線性線圈上產(chǎn)生的熱。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電阻型超導(dǎo)故障限流器，通過(guò)安裝與電力系統(tǒng)分開(kāi)的磁場(chǎng)施加單元，并且為垂直地向超導(dǎo)故障限流裝置施加磁場(chǎng)，其不僅能夠使用基于BISCCO的超導(dǎo)裝置而且也能夠使用基于YBCO的超導(dǎo)裝置。
為達(dá)到這些和其它的優(yōu)點(diǎn)和根據(jù)本發(fā)明的目的，如在實(shí)施例具體地和廣泛地說(shuō)明的，提供了一種電阻型超導(dǎo)故障限流器，其包括超導(dǎo)故障限流模塊，其由至少兩個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置組成；磁場(chǎng)施加單元，其被安裝以作為圓形包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊的外圍，用于向超導(dǎo)故障限流裝置施加磁場(chǎng)，其中在磁場(chǎng)施加單元上流動(dòng)的電流具有圓形方向；變流器，用于非接觸地感應(yīng)從在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換的電流，從而向所述磁場(chǎng)施加單元施加所述感應(yīng)的電流，使得所述磁場(chǎng)施加單元能夠與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)。
結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明將使得本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更為明了。


附圖是為了能進(jìn)一步了解本發(fā)明而包含的，并且被納入本說(shuō)明書(shū)中構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，這些附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并用于與本說(shuō)明書(shū)一起對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流模塊的視圖；圖4是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)限流器的超導(dǎo)故障限流電路的電路圖；和圖5是示出了包括根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)參考在附圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
參見(jiàn)圖2-5，將說(shuō)明電阻型超導(dǎo)故障限流器，通過(guò)使用與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置使得在正常的電流流向所述電力系統(tǒng)時(shí)，電力系統(tǒng)的電流不能夠流向所述電阻型超導(dǎo)故障限流器，其能夠強(qiáng)化超導(dǎo)裝置的電流，能夠防止在線性線圈產(chǎn)生的熱，能夠在正常電流施加到電力系統(tǒng)的電路上時(shí)消除通過(guò)線性線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并且不僅能夠使用基于BISCCO的超導(dǎo)裝置而且也能夠使用基于YBCO的超導(dǎo)裝置。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器包括超導(dǎo)故障限流模塊24，其由至少兩個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置構(gòu)成；磁場(chǎng)施加單元25，其被安裝作為圓形以包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊24的外圍，用于向所述超導(dǎo)故障限流裝置21施加磁場(chǎng)，其中在磁場(chǎng)施加單元上流動(dòng)的電流具有圓形的方向；變流器28，用于非接觸地感應(yīng)從在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換的電流，從而將所述感應(yīng)電流供給所述磁場(chǎng)施加單元，使得所述磁場(chǎng)施加單元25能夠與所述電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)。
下面說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D3詳細(xì)說(shuō)明超導(dǎo)故障限流模塊24。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流模塊的視圖。
如圖所示，在薄膜型的超導(dǎo)故障限流裝置21堆疊成多層結(jié)構(gòu)，從而彼此串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，形成根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流模塊24。所述超導(dǎo)裝置21是電阻型故障限流裝置，并且位于其中用液態(tài)氮作為制冷劑的低溫恒溫器23內(nèi)，以保持超導(dǎo)狀態(tài)。
如圖2所示，安裝磁場(chǎng)施加單元25以包圍超導(dǎo)故障限流裝置21的模塊24的外圍，以便在垂直方向向超導(dǎo)故障限流模塊24的整個(gè)區(qū)域均勻施加磁場(chǎng)。磁場(chǎng)施加單元25的高度與超導(dǎo)故障限流模塊25相同或比后者更高。磁場(chǎng)施加單元25由銅或鋁線圈的螺線管繞組形成，并與不接觸電力系統(tǒng)的電路的變流器28連接時(shí)與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)，用于向磁場(chǎng)施加單元25衰減地供給電力系統(tǒng)25上流動(dòng)的電流。與超導(dǎo)故障限流模塊24相同，磁場(chǎng)施加單元25也位于低溫恒溫器23內(nèi)，由此也保持在超導(dǎo)狀態(tài)。
見(jiàn)圖2，電流引線26將超導(dǎo)故障限流模塊24的超導(dǎo)故障限流裝置21連接到外電流引線27-1和27-2。電流引線26將超導(dǎo)故障限流裝置21連接到第一和第二外電流引線27-1和27-2，以固定超導(dǎo)故障限流裝置21，并使得電力系統(tǒng)電路的電流流向超導(dǎo)故障限流裝置21。電流引線26也在低溫恒溫器23中保持超導(dǎo)狀態(tài)。優(yōu)選地，電流引線優(yōu)選地是薄膜型電流引線，使用銅或碳材料的盤(pán)形超導(dǎo)薄膜彼此連接而沒(méi)有電阻損失。
變流器28不接觸電力系統(tǒng)的電路，并用于從電力系統(tǒng)電路上的電流感應(yīng)電流，并將此電流提供到磁場(chǎng)施加單元25，優(yōu)選的變流器28是保護(hù)變流器，在故障發(fā)生時(shí)通過(guò)供給比故障電流低的衰減電流，防止磁場(chǎng)施加單元25的損壞。在電力系統(tǒng)上的電流是正常電流時(shí)，因?yàn)樽兞髌?8連接到磁場(chǎng)施加單元25，電流供給磁場(chǎng)施加單元25。但是，在電力系統(tǒng)電路上流動(dòng)正常電流時(shí)，選擇變流器28具有這樣的繞組比，其不超過(guò)在超導(dǎo)故障限流裝置上產(chǎn)生電阻的磁場(chǎng)的閾值。因此，在電力系統(tǒng)的電路上是正常電流時(shí)，超導(dǎo)故障限流裝置沒(méi)有電阻，并且在電力系統(tǒng)電路上的電流從交流電源經(jīng)變流器28和第二電流引線27-2通過(guò)超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)故障限流裝置21和電流引線26。然后，電流通過(guò)第一電流引線27-1，到達(dá)負(fù)載。下面參照?qǐng)D4詳細(xì)說(shuō)明包括電流超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流電路的工作。
圖4是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流電路的電路圖。
基于在電力系統(tǒng)上的電流為正常電流和故障電流的情況說(shuō)明本發(fā)明的工作。
首先，說(shuō)明在電力系統(tǒng)上的電流為正常電流時(shí)的工作情況。
通過(guò)在電力系統(tǒng)的電路穿過(guò)中心的環(huán)形芯上纏繞二次繞組，變流器28非接觸地連接到電力系統(tǒng)電路并輸出二次感生電流，其具有向磁場(chǎng)施加單元25供給的電流的閾值，在電力系統(tǒng)上的電流正常時(shí)，該閾值可以不使超導(dǎo)故障限流裝置發(fā)生失超現(xiàn)象。因此，超導(dǎo)故障限流裝置21保持在超導(dǎo)狀態(tài)。因此，在電阻型超導(dǎo)故障限流器中的超導(dǎo)限流模塊24保持在超導(dǎo)狀態(tài)，從而完全不產(chǎn)生電阻。通過(guò)連接到電路的電流引線27-2，在電力系統(tǒng)的電路的電流從圖4的最左側(cè)，即電路電源側(cè)流入低溫恒溫器23。然后，通過(guò)該電流引線電流流入超導(dǎo)故障限流裝置21。通過(guò)另一個(gè)外電流引線27-2，流向超導(dǎo)故障限流裝置21的電流流到電力系統(tǒng)電路的負(fù)載，即圖4的最右側(cè)。
在由于電力系統(tǒng)的電路上的短路或接地故障產(chǎn)生故障電流時(shí)，大量電流在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)。該大量的電流使得大電流通過(guò)變流器28流到磁場(chǎng)施加單元25。結(jié)果，磁場(chǎng)施加單元25產(chǎn)生很大磁場(chǎng)。因?yàn)榇艌?chǎng)施加單元25被構(gòu)造為作為圓形纏繞的繞組以包圍超導(dǎo)故障限流模塊25的整個(gè)長(zhǎng)度，所以從磁場(chǎng)施加單元25產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直產(chǎn)生，從而垂直地施加到超導(dǎo)故障限流裝置21。因此，以很大的寬度降低超導(dǎo)故障限流裝置21的閾值電流密度，由此實(shí)現(xiàn)在超導(dǎo)裝置的整個(gè)區(qū)域上同時(shí)的失超，而不顧在制造薄膜型超導(dǎo)故障限流裝置時(shí)，裝置的閾值電流密度不均勻。結(jié)果，超導(dǎo)故障限流裝置21具有電阻。
因此，不僅超導(dǎo)故障限流裝置21，而且在各超導(dǎo)故障限流裝置彼此串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)形成的超導(dǎo)故障限流裝置21，都具有同時(shí)失超特性。
因?yàn)槭СF(xiàn)象同時(shí)產(chǎn)生在超導(dǎo)故障限流裝置21和超導(dǎo)故障限流模塊24上，所以本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器能夠獲得足夠的電阻以限制故障電流。通過(guò)電阻型超導(dǎo)故障限流器產(chǎn)生的電阻，電力系統(tǒng)的電路的故障電流被限制在短于幾毫秒的短時(shí)間內(nèi)。然后，如果故障電流消除，超導(dǎo)故障限流裝置21被液態(tài)氮等制冷劑冷卻，從而被恢復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)。
下面參照?qǐng)D5說(shuō)明包括本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器的電路。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，為了完全將磁場(chǎng)施加單元25與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)，由使用電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)關(guān)單元52替代根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器的變流器。
圖5是示出了包括根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流電路的電路圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器包括超導(dǎo)故障限流模塊24，其由至少一個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置構(gòu)成；磁場(chǎng)施加單元25，其被安裝為圓形以包圍超導(dǎo)故障限流模塊24的外圍，用于向超導(dǎo)故障限流裝置21施加磁場(chǎng)，其中在磁場(chǎng)施加單元24上的電流具有圓形的方向；故障電流檢測(cè)單元50，其用于檢測(cè)在電力系統(tǒng)的電路的故障電流的發(fā)生；和快速開(kāi)關(guān)單元52，在電力系統(tǒng)的電路上的電流正常時(shí)打開(kāi)，并響應(yīng)在產(chǎn)生故障電流時(shí)來(lái)自故障電流檢測(cè)單元50的驅(qū)動(dòng)信號(hào)閉合，以驅(qū)動(dòng)所述磁場(chǎng)施加單元25。
下面說(shuō)明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D5詳細(xì)說(shuō)明超導(dǎo)故障限流模塊24。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流模塊的視圖。
如圖所示，在薄膜型的超導(dǎo)故障限流裝置21堆疊成多層結(jié)構(gòu)，由此彼此串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，形成根據(jù)本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流模塊24。超導(dǎo)模塊24被磁場(chǎng)施加單元25包圍。超導(dǎo)裝置21是電阻型故障限流裝置，位于其中用液態(tài)氮作為制冷劑的低溫恒溫器23內(nèi)，以保持超導(dǎo)狀態(tài)。
磁場(chǎng)施加單元25由旋轉(zhuǎn)包圍超導(dǎo)故障限流模塊24的銅或鋁線圈的螺線管繞組形成。在電力系統(tǒng)的電流正常時(shí)，通過(guò)打開(kāi)的快速開(kāi)關(guān)單元52，磁場(chǎng)施加單元25與電力系統(tǒng)電路機(jī)械和電氣地隔離。另外，磁場(chǎng)施加單元25被構(gòu)造為在垂直方向向超導(dǎo)故障限流模塊24的整個(gè)區(qū)域施加磁場(chǎng)。與超導(dǎo)故障限流模塊24相同，磁場(chǎng)施加單元25位于低溫恒溫器23中，從而被保持在超導(dǎo)狀態(tài)。磁場(chǎng)施加單元25與超導(dǎo)故障限流裝置21電氣隔離。
電流引線將超導(dǎo)故障限流模塊24的超導(dǎo)限流裝置21連接到外電流引線27-1和27-2。電流引線26將超導(dǎo)故障限流裝置21連接到第一和第二外電流引線27-1和27-2，使得將超導(dǎo)故障限流裝置21固定在低溫恒溫器23中，并且使在電力系統(tǒng)電路上的電流流向超導(dǎo)故障限流裝置21。電流引線優(yōu)選是薄膜型的電流引線，其中使用銅或碳材料的盤(pán)型超導(dǎo)薄膜彼此連接而沒(méi)有電阻。
快速開(kāi)關(guān)單元52連接到磁場(chǎng)施加單元25，即串聯(lián)到螺線管繞組，與超導(dǎo)故障限流裝置21電氣隔離?？焖匍_(kāi)關(guān)單元52連接到附加電源單元511。作為快速開(kāi)關(guān)單元52，使用晶閘管、柵極關(guān)斷晶閘管(GTO)，靜電感應(yīng)晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱MOS FET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的之一的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
電源單元51連接快速開(kāi)關(guān)單元52以便供給電源，且其一般是冷凝器。
下面說(shuō)明包括電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流電路的工作。
基于電力系統(tǒng)的電流為正常電流和故障電流時(shí)的情況說(shuō)明本發(fā)明的工作。
首先，說(shuō)明電力系統(tǒng)的電路為正常情況時(shí)的本發(fā)明的工作。
因?yàn)槭褂秒娏Π雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)關(guān)單元52是常開(kāi)的并與電力系統(tǒng)的電路電氣隔離，所以在電力系統(tǒng)的電路上的電流僅通過(guò)超導(dǎo)故障限流裝置21。因此，電流完全不流到磁場(chǎng)施加單元25，使得本發(fā)明另一實(shí)施例的電阻型超導(dǎo)故障限流器完全不受磁場(chǎng)施加單元25的影響。
下面，說(shuō)明電力系統(tǒng)的電路上出現(xiàn)故障電流的情況。
當(dāng)產(chǎn)生故障電流時(shí)，故障電流檢測(cè)單元50檢測(cè)電力系統(tǒng)的故障的發(fā)生，然后，向快速開(kāi)關(guān)單元52發(fā)送驅(qū)動(dòng)快速開(kāi)關(guān)單元52的信號(hào)，例如門(mén)控驅(qū)動(dòng)信號(hào)。然后，通過(guò)響應(yīng)該信號(hào)立即閉合快速開(kāi)關(guān)單元52。在快速開(kāi)關(guān)單元52閉合時(shí)，電源單元51和磁場(chǎng)施加單元25彼此連接。因此，從另外的電源單元施加的電流通過(guò)磁場(chǎng)施加單元25，從而操作磁場(chǎng)施加單元25。結(jié)果，磁場(chǎng)施加單元25產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直地施加到超導(dǎo)故障限流裝置21，從而降低超導(dǎo)故障電流裝置21的閾值電流密度，因此引起超導(dǎo)故障限流裝置21的整個(gè)區(qū)域的同時(shí)失超。結(jié)果，超導(dǎo)故障限流裝置21具有電阻。因此，不僅在超導(dǎo)故障限流裝置21彼此并聯(lián)或串聯(lián)時(shí)形成的超導(dǎo)故障限流裝置21，而且在此時(shí)形成的超導(dǎo)故障限流模塊24也同時(shí)失超。
在消除了故障發(fā)生的原因后，快速開(kāi)關(guān)單元52斷開(kāi)，從而準(zhǔn)備下一次的故障發(fā)生。
如上所述，在本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器中，使用與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，使得在電力系統(tǒng)的電路上的電流為正常的情況時(shí)，電流不流向電阻型超導(dǎo)故障限流器的線性線圈。因此，在這個(gè)正常的驅(qū)動(dòng)時(shí)間消除了通過(guò)線性線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，防止在電力系統(tǒng)的線路上流動(dòng)正常電流時(shí)在線性線圈上產(chǎn)生熱，強(qiáng)化了電阻型超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)裝置的電流。因此，本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器在大小和成本方面具有優(yōu)點(diǎn)，并且能夠用于開(kāi)發(fā)高電壓和大電流的超導(dǎo)故障限流器。
另外，在本發(fā)明的電阻型超導(dǎo)故障限流器中，使用在垂直方向向超導(dǎo)故障限流裝置施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，從而甚至可以使用基于YBCO的超導(dǎo)裝置。
在不偏離本發(fā)明的本質(zhì)特征和精神的情況下，說(shuō)明了實(shí)施本發(fā)明的幾種形式，應(yīng)理解，除非特別說(shuō)明，上述實(shí)施例不限于上述的細(xì)節(jié)，而是應(yīng)在權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)廣泛地理解，因此所有的改變均在權(quán)利要求或權(quán)利要求包括的等效條款的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電阻型超導(dǎo)故障限流器，其包括超導(dǎo)故障限流模塊，其具有至少兩個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置；磁場(chǎng)施加單元，其為圓形，被安裝以包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊的外圍，用于向超導(dǎo)故障限流模塊施加磁場(chǎng)，其中在磁場(chǎng)施加單元上流動(dòng)的電流具有圓形方向；和變流器，用于非接觸地感應(yīng)從在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換的電流，從而向所述磁場(chǎng)施加單元供給所述感應(yīng)的電流，使得所述磁場(chǎng)施加單元能夠與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)。
2.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，當(dāng)至少兩個(gè)薄膜形的超導(dǎo)限流裝置彼此串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，構(gòu)造該超導(dǎo)故障限流模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中該超導(dǎo)故障限流裝置在超導(dǎo)限流器的低溫恒溫器內(nèi)的制冷劑中保持超導(dǎo)狀態(tài)，從而在電力系統(tǒng)上流動(dòng)的電流正常時(shí)通過(guò)正常電流，并在故障電流在電力系統(tǒng)電路上流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生失超現(xiàn)象。
4.如權(quán)利要求3所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該制冷劑是液態(tài)氮。
5.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該磁場(chǎng)施加單元是具有空氣縫隙的螺線管。
6.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該磁場(chǎng)施加單元安裝的高度至少包圍該超導(dǎo)故障限流模塊的整個(gè)長(zhǎng)度，以便在垂直方向向超導(dǎo)故障限流模塊的整個(gè)長(zhǎng)度均勻地施加磁場(chǎng)，并且將該磁場(chǎng)施加單元構(gòu)造為圓形的線圈繞組，以包圍該超導(dǎo)故障限流模塊的外圍。
7.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該變流器是在故障電流流在電力系統(tǒng)上流動(dòng)時(shí)向磁場(chǎng)施加單元衰減地供給故障電流的保護(hù)變流器。
8.如權(quán)利要求1所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，進(jìn)一步包括薄膜型電流引線，其中使用銅或碳材料的盤(pán)型超導(dǎo)薄膜彼此連接而無(wú)電阻損失，以將所述超導(dǎo)故障限流裝置連接到外電路引線。
9.如權(quán)利要求1或8所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該超導(dǎo)故障限流模塊、該磁場(chǎng)施加單元和該電流引線安裝在制冷劑冷卻的低溫恒溫器中以保持超導(dǎo)狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該制冷劑是液態(tài)氮。
11.一種電阻型超導(dǎo)故障限流器，其包括超導(dǎo)故障限流模塊，其由至少兩個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置構(gòu)成；磁場(chǎng)施加單元，其為圓形，被安裝以包圍超導(dǎo)故障限流模塊，用于向超導(dǎo)故障限流裝置施加磁場(chǎng)，其中在磁場(chǎng)施加單元上流動(dòng)的電流具有圓形的方向；故障電流檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電力系統(tǒng)的電路上的故障電流的發(fā)生；和快速開(kāi)關(guān)單元，其在正常電流在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)時(shí)斷開(kāi)，在產(chǎn)生故障電流時(shí)響應(yīng)故障電流檢測(cè)單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)閉合，以驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)施加單元。
12.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，當(dāng)至少兩個(gè)薄膜形的超導(dǎo)限流裝置彼此串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，構(gòu)造該超導(dǎo)故障限流模塊。
13.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該超導(dǎo)故障限流裝置在超導(dǎo)限流器的低溫恒溫器內(nèi)的制冷劑中保持超導(dǎo)狀態(tài)，從而在電力系統(tǒng)電路的電流正常時(shí)通過(guò)正常電流，并在電力系統(tǒng)電路上的電流為故障電流時(shí)產(chǎn)生失超現(xiàn)象。
14.如權(quán)利要求13所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該制冷劑是液態(tài)氮。
15.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該磁場(chǎng)施加單元安裝的高度至少包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊的整個(gè)長(zhǎng)度，以便在垂直方向向超導(dǎo)故障限流模塊的整個(gè)長(zhǎng)度均勻地施加磁場(chǎng)，并且構(gòu)造為圓形的線圈繞組包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊的外圍。
16.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中，該磁場(chǎng)施加單元是具有空氣縫隙的螺線管，在正常電流在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)時(shí)，與電力系統(tǒng)的電路機(jī)械和電氣地隔離。
17.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，其中該快速開(kāi)關(guān)單元是晶閘管、柵極關(guān)斷晶閘管、靜電感應(yīng)晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極晶體管中之一的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
18.如權(quán)利要求11所述的電阻型超導(dǎo)故障限流器，進(jìn)一步包括薄膜型電流引線，其中使用銅或碳的盤(pán)型超導(dǎo)薄膜彼此連接而無(wú)電阻損失，以將所述超導(dǎo)故障限流裝置連接到外電流引線，其中將該超導(dǎo)故障限流模塊，該磁場(chǎng)施加單元和該電流引線安裝在冷卻劑冷卻的低溫恒溫器中，以保持超導(dǎo)狀態(tài)。
全文摘要
一種電阻型超導(dǎo)限流器，通過(guò)使用與電力系統(tǒng)的電路分開(kāi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，使得在正常電流流向電力系統(tǒng)時(shí)電力系統(tǒng)的電流不能流向電阻型超導(dǎo)故障限流裝置的線性線圈，其能夠強(qiáng)化超導(dǎo)裝置的電流，防止線性線圈上產(chǎn)生的熱，在正常電流施加到電力系統(tǒng)上時(shí)消除通過(guò)線性線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，不僅能夠使用基于BISCCO的超導(dǎo)裝置，而且能夠使用基于YBCO的超導(dǎo)裝置。所述限流器包括超導(dǎo)故障限流模塊，其由至少一個(gè)超導(dǎo)故障限流裝置組成；磁場(chǎng)施加單元，其被安裝為圓形以包圍所述超導(dǎo)故障限流模塊的外圍，用于向超導(dǎo)故障限流模塊施加磁場(chǎng)；和變流器，用于非接觸地感應(yīng)從在電力系統(tǒng)的電路上流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換的電流，從而向所述磁場(chǎng)施加單元施加所述感應(yīng)的電流。
文檔編號(hào)H01L39/16GK1619913SQ20041008322
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者李肪昱, 樸權(quán)培 申請(qǐng)人:Lg產(chǎn)電株式會(huì)社