專利名稱：復(fù)合超導(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，其能通過使用超導(dǎo)體，有效地限制 在電力系統(tǒng)上出現(xiàn)的故障電流，以及更具體地說，涉及復(fù)合超導(dǎo)故障 限流器，其能通過相互和系統(tǒng)地連接超導(dǎo)體中的高速幵關(guān)、半導(dǎo)體幵關(guān)和電抗器，當(dāng)故障電流出現(xiàn)時(shí)最小化超導(dǎo)體承受大的電流和高壓的 時(shí)間，以便經(jīng)濟(jì)地制造小型故障限流器。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)體很少阻止在電力線上流動(dòng)的電流，直到電流達(dá)到預(yù)定閾值 電流為止，但當(dāng)電流超過閾值電流時(shí)，電阻急劇增加。因?yàn)檫@一特性， 超導(dǎo)體可以充當(dāng)限制電力系統(tǒng)中的故障電流諸如短路電流的故障限流元件。通常，超導(dǎo)故障限流器已經(jīng)使用液氦作為保持超導(dǎo)狀態(tài)的致冷劑， 但諸如顯著冷卻成本和復(fù)雜制造的問題阻止關(guān)于超導(dǎo)故障限流器的世 界范圍研究。然而，由于近年來已經(jīng)開發(fā)了使用液氮來保持超導(dǎo)狀態(tài) 的超導(dǎo)材料，關(guān)于使用該材料的超導(dǎo)故障限流器的研究正獲得動(dòng)力。使用超導(dǎo)體的超導(dǎo)故障限流器劃分成電阻故障限流器、電感故障 限流器和復(fù)合故障限流器等等。由于要求這些超導(dǎo)故障限流器承受電 力系統(tǒng)中的高電壓和大電流，超導(dǎo)故障限流器應(yīng)當(dāng)使用按指數(shù)規(guī)律地 大量超導(dǎo)體。換句話說，為了具有超導(dǎo)故障限流器相對于高壓的承受 力，應(yīng)當(dāng)串聯(lián)連接大量超導(dǎo)體，以及為了具有相對于大電流的承受力， 還應(yīng)當(dāng)并聯(lián)大量超導(dǎo)體。在下文中將參考圖1描述上述現(xiàn)有技術(shù)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)故障限流器，如圖1所示，包括限流矩陣220、 提供磁場以允許限流矩陣220中的超導(dǎo)體同時(shí)失超(從超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變 成正常導(dǎo)電狀態(tài)，即電阻狀態(tài))的觸發(fā)器矩陣218。更具體地說，通過 串聯(lián)連接m個(gè)限流模塊(312-1-312-m)形成限流矩陣220，以及通過 并聯(lián)連接n個(gè)限流矩陣元件(314-l 314-n)形成限流模塊。其中，每 —限流矩陣元件(314-卜314n)包括一個(gè)超導(dǎo)體。通過并聯(lián)連接n個(gè)觸發(fā)器矩陣元件(310-1~310-n)，形成觸發(fā)器 矩陣218，每個(gè)觸發(fā)器矩陣元件(310-1~310-n)包括一個(gè)超導(dǎo)體以及 分別連接n個(gè)限流矩陣元件(314-l~314-n)。在圖1中，參考數(shù)字A和C分別表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)故障限 流器的輸入端和輸出端。通過根據(jù)使用超導(dǎo)故障限流器的電力系統(tǒng)即電力線(電路)的電 壓和電流的容量，，修改串并聯(lián)連接的數(shù)量，來配置超導(dǎo)限流器模塊。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述超導(dǎo)故障限流器具有下述問題。首先，要求大量超導(dǎo)體的串并聯(lián)連接來提高超導(dǎo)故障限流器相對 于高電壓和大電流的承受力，以及因此需要容器來容納用于保持超導(dǎo) 體的超導(dǎo)狀態(tài)的致冷劑，這導(dǎo)致較大尺寸以及巨大的制造成本。第二，當(dāng)如上所述串并聯(lián)連接大量超導(dǎo)體時(shí)，則超導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)同時(shí) 失超以便承受高溫。因此，當(dāng)在制造或操作超導(dǎo)體的過程中發(fā)現(xiàn)制造 缺陷和不良性能時(shí)，超導(dǎo)體被損壞并由此很可能導(dǎo)致超導(dǎo)故障限流器 的故障。換句話說，超導(dǎo)體的局部故障可能嚴(yán)重地影響超導(dǎo)故障限流 器的全部操作，這會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的可靠性
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供使用最少超導(dǎo)體的超導(dǎo)故障限流器， 以便經(jīng)濟(jì)地制造小型限流器，并確?？煽坎僮?。為實(shí)現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實(shí)現(xiàn) 和廣泛所述，提供一種復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其包括串聯(lián)連接到電 力線的超導(dǎo)體；第一開關(guān)，其串聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，當(dāng)正常電流在該 電力線上流動(dòng)時(shí)，閉合以允許該電流在該電力線上流動(dòng)，以及當(dāng)大電 流在該電力線上流動(dòng)時(shí)斷開，以便斷開該電力線，該第一開關(guān)由磁力 斷開；第一電抗器，其具有小于當(dāng)更大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)的該超導(dǎo)體的阻抗的第一阻抗，并并聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，以及當(dāng)更大電流 在該電力線上流動(dòng)時(shí)，作為用于流過該超導(dǎo)體和該第一開關(guān)的電流的支路，由流過該支路的電流磁化該第一電抗器，從而使第一開關(guān)斷開； 第二電抗器，其串聯(lián)連接到由該第一電抗器形成的支路，以及具有大 于第一電抗器的第一阻抗的第二阻抗，以便限制大電流；半導(dǎo)體幵關(guān)， 其并聯(lián)連接到第二電抗器并能通過觸發(fā)器信號(hào)接通；以及觸發(fā)器控制 器，其響應(yīng)第一開關(guān)的斷開而停止對半導(dǎo)體開關(guān)發(fā)送觸發(fā)器信號(hào)。最好，本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器進(jìn)一步包括斷路器，當(dāng)大 電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)，斷開該電力線，該斷路器連接到該超導(dǎo)體、 第一開關(guān)和支路后的電力線；變流器，其連接到所述支路以便檢測流 過該支路的電流，以及輸出對應(yīng)于檢測電流的第-一電壓信號(hào)；以及斷 路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器，其包括連接到超導(dǎo)體并輸入有對應(yīng)于該超導(dǎo)體 的電壓的第二電壓信號(hào)的第 一 輸入，以及輸入有來自該變流器的第一 電壓信號(hào)的第二輸入，并當(dāng)輸入第一電壓信號(hào)或第二電壓信號(hào)時(shí)，將 觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給所述斷路器。另外，最好，該觸發(fā)器控制器包括光開關(guān)，其具有發(fā)出光信號(hào)的 發(fā)光部以及光接收部，如果當(dāng)閉合該第一開關(guān)時(shí)該光接收部從該發(fā)光 部接收光信號(hào)，則該光接收部將該觸發(fā)器信號(hào)提供給該半導(dǎo)體開關(guān)，
以及當(dāng)斷開第一開關(guān)時(shí)，停止將光信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)從而切斷光信號(hào)。另外，最好，該觸發(fā)器控制器包括位于第一開關(guān)的斷開位置移動(dòng) 的通路上的微動(dòng)開關(guān)，以便聯(lián)鎖到第一開關(guān)的位置，當(dāng)閉合該第一幵 關(guān)時(shí)，將觸發(fā)器信號(hào)提供給該半導(dǎo)體開關(guān)，以及當(dāng)斷開該第一開關(guān)時(shí)， 停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)。另外，最好，該半導(dǎo)體開關(guān)可包括晶閘管、TRIAC、 IGBT (絕緣 柵雙極晶體管)、GTO晶閘管(閘控?cái)嚅_晶閘管)、SSR (固態(tài)繼電 器)、FET (場效應(yīng)晶體管)和晶體管的任何一個(gè)。另外，最好，該斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器包括OR電路，其當(dāng)輸入 第一電壓信號(hào)或第二電壓信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給該斷路器。另外，最好，該斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器包括第一比較器，其將 第一電壓信號(hào)與預(yù)定第一參考電壓進(jìn)行比較，如果第一電壓信號(hào)大于 第一參考電壓，輸出相應(yīng)的信號(hào)；第二比較器，將第二電壓信號(hào)與預(yù) 定第二參考電壓進(jìn)行比較，如果第二電壓信號(hào)大于第二參考電壓，輸 出相應(yīng)的信號(hào)；以及OR電路，其連接到該第一和第二比較器的輸出， 以及如果該信號(hào)從第一和第二比較器的至少一個(gè)被輸入到OR電路，則 該OR電路將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到該斷路器。最好，第一開關(guān)是常閉觸點(diǎn)。另外，最好，第一開關(guān)包括串聯(lián)連接到該超導(dǎo)體和斷路器之間的 電力線的靜觸點(diǎn)，以及活動(dòng)觸點(diǎn)，其能在與靜觸點(diǎn)接觸以允許電流在 該電力線上流動(dòng)的位置和通過來自第一電抗器的磁力從靜觸點(diǎn)分離以便斷開該電力線的位置之間切換。
從結(jié)合附圖的本發(fā)明的下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、 特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見。


附圖，其被包括來提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解和包含在說明書中并構(gòu)成該說明書的一部分，示例說明本發(fā)明的實(shí)施例以及與描述一起用 來解釋本發(fā)明的原理。在圖中圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)故障限流器的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的結(jié) 構(gòu)的框圖；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的結(jié) 構(gòu)的框圖；圖4A和4B是說明在本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器中的斷路器觸 發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4A是說明根據(jù)第一實(shí)施例的斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4B是說明根據(jù)第二實(shí)施例的斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是說明當(dāng)出現(xiàn)故障電流出現(xiàn)時(shí)流過本發(fā)明的超導(dǎo)故障限流器 的電流的變化的波形圖；圖6至8是說明本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的操作的說明圖； 圖6是說明當(dāng)正常電流流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器時(shí)的操作的說明圖；圖7是說明在流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的故障電流的初 始上升期間的操作的說明圖；以及圖8是說明當(dāng)故障電流流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的分支電路時(shí)的操作完成狀態(tài)的說明圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在更詳細(xì)地參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中示例說明其例^了在下文中，將參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。首先，將參考圖2的結(jié)構(gòu)框圖，描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的 復(fù)合超導(dǎo)故障限流器。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器包括串聯(lián)連接到 電力線的超導(dǎo)體1。本發(fā)明的故障限流器包括串聯(lián)連接到超導(dǎo)體1的第 一開關(guān)4。當(dāng)正常電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，閉合該開關(guān)以便允許電流在 電力線上流動(dòng)，以及當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)斷幵以便斷開電力線。 能通過磁力斷開該開關(guān)。故障限流器包括第一電抗器2，具有第一阻抗，該第一阻抗小于 當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)超導(dǎo)體l的阻抗，并且并聯(lián)連接到超導(dǎo)體l。 另外，當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，第一電抗器2充當(dāng)用于流過超導(dǎo) 體1和第一開關(guān)4的電流的支路，以及由流過該支路的電流磁化，從 而將第一開關(guān)4切換成斷開。本發(fā)明的故障限流器包括第二電抗器14，其串聯(lián)連接到由第一電 抗器2形成的支路，以及具有大于第一電抗器2的第一阻抗的第二阻 抗，以便限制大電流。本發(fā)明的故障限流器包括并聯(lián)連接到第二電抗器14并由觸發(fā)器 信號(hào)接通的半導(dǎo)體開關(guān)13。本發(fā)明的故障限流器包括觸發(fā)器控制器6a,其響應(yīng)第一開關(guān)4的 斷開，停止將觸發(fā)器信號(hào)發(fā)送到半導(dǎo)體開關(guān)13。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器可以進(jìn)一步包括斷路器15，其當(dāng)大電流流過電力線時(shí)斷開電力線，斷路器15連接到超導(dǎo)體1、第一 開關(guān)4和支路后的電力線。第一開關(guān)4可以由常閉觸點(diǎn)開關(guān)形成，該常閉觸點(diǎn)開關(guān)可以通過 來自第一電抗器2的磁力被切換為斷開。換句話說，當(dāng)?shù)谝浑娍蛊? 將磁力施加到第一開關(guān)4時(shí)，斷開第一開關(guān)。另一方面，當(dāng)?shù)谝浑娍?器2不將磁力施加到第一開關(guān)時(shí)，閉合第一開關(guān)。第一開關(guān)4包括串聯(lián)連接到超導(dǎo)體1和斷路器15之間的電力線的 靜觸點(diǎn)(未用參考數(shù)字表示)，以及活動(dòng)觸點(diǎn)，其能在與靜觸點(diǎn)接觸 以允許電流流動(dòng)的位置和通過來自第一電抗器2的磁力從靜觸點(diǎn)分開 以便斷開電力線的位置之間切換。參考數(shù)字5a是將第一開關(guān)4的斷開 的位置狀態(tài)發(fā)送到包括在活動(dòng)觸點(diǎn)5中的觸發(fā)器控制器6a的元件。利用該結(jié)構(gòu)，第一開關(guān)4充當(dāng)能在lms(l毫秒)內(nèi)斷開和從靜觸 點(diǎn)分離的高速開關(guān)。觸發(fā)器控制器6a包括光開關(guān)，其具有發(fā)出光信號(hào)的發(fā)光部，以及 光接收部。如果當(dāng)閉合第一開關(guān)4時(shí)光接收部從發(fā)光部接收光信號(hào)， 則該光接收部將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)13，以及當(dāng)斷開第一開 關(guān)從而切斷光信號(hào)時(shí)，該光接收部停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開 關(guān)13。另外，觸發(fā)器控制器6a包括位于第一開關(guān)4的斷開位置移動(dòng)通路 上的微動(dòng)幵關(guān)，以便聯(lián)鎖到第一開關(guān)4的位置，當(dāng)閉合第--開關(guān)時(shí)， 將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)，以及當(dāng)斷開第一開關(guān)時(shí)，停止將觸 發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)13。當(dāng)閉合第一開關(guān)4時(shí)，微動(dòng)開關(guān)將觸 發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)13，以及當(dāng)斷開第一開關(guān)4時(shí)，微動(dòng)開關(guān) 將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)13。半導(dǎo)體開關(guān)13可以是晶閘管、TRIAC、 IGBT (絕緣柵雙極晶體 管)、GTO晶閘管(閘控?cái)嚅_晶閘管)、SSR (固態(tài)繼電器)、FET (場效應(yīng)晶體管)和晶體管的任何一個(gè)。如果電力線是用于相對低壓的線路，斷路器15可以由用于布線的 公知的斷路器或空氣斷路器形成，否則，如果電力線是用于高壓的線 路，斷路器可以由公知的真空斷路器形成。同時(shí)，將參考圖3，描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的復(fù)合超導(dǎo)故 障限流器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器包括串聯(lián)連接到 電力線的超導(dǎo)體1。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括串聯(lián)連接到超導(dǎo)體1 的第一開關(guān)4。當(dāng)正常電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，閉合第一開關(guān)4以便允 許電流在電力線上流動(dòng)，以及當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，將第一開 關(guān)4切換成斷開，以便斷開在電力線上流動(dòng)的電流。能通過磁力，將第-- 開關(guān)4切換成斷開。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括第一電抗器2,其具 有比當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)的超導(dǎo)體1的阻抗更小的第一阻抗， 并且并聯(lián)連接到超導(dǎo)體l。另外，當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，第一電 抗器2用作用于流過超導(dǎo)體1和第一開關(guān)4的電流的支路，以及通過 流過支路的分路電流磁化，從而使第一開關(guān)4切換成斷開。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括第二電抗器14，其串 聯(lián)連接到由第一電阻器2形成的支路并具有大于第一電抗器2的第一 阻抗的第二阻抗，以便限制大電流。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括半導(dǎo)體開關(guān)13，其并 聯(lián)連接到第二電抗器14，并且可以通過觸發(fā)器信號(hào)接通。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括觸發(fā)器控制器6和7， 它們響應(yīng)第一開關(guān)4的斷開，停止將觸發(fā)器信號(hào)發(fā)送到半導(dǎo)體開關(guān)13。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括斷路器15，其連接到 超導(dǎo)體l、第一開關(guān)4和支路后的電力線，以及當(dāng)大電流在電力線上流 動(dòng)時(shí)，斷開該電力線。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括變流器(未由參考數(shù) 字表示)，其連接到支路，以便檢測流過支路的電流，以及輸出對應(yīng)于檢測電流的第一電壓信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的故障限流器包括斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制 器11，其包括連接到超導(dǎo)體1以及向其輸入有對應(yīng)于超導(dǎo)體1的電壓 的第二電壓信號(hào)的第一輸入8，以及向其輸入有來自變流器的第一電壓 信號(hào)的第二輸入10。當(dāng)輸入第一電壓信號(hào)或第二電壓信號(hào)時(shí)，斷路器 觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器向斷路器15提供觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明的第二實(shí)施例不同于本發(fā)明的第一實(shí)施例之處在于故障限 流器進(jìn)一步包括變流器和斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11 。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，觸發(fā)器控制器6和7可以由光開關(guān)形 成，該光開關(guān)具有發(fā)出光信號(hào)的發(fā)光部6，以及光接收部7。當(dāng)閉合第 一開關(guān)4時(shí)，如果光接收部從發(fā)光部6接收光信號(hào)，則將觸發(fā)器信號(hào) 提供給半導(dǎo)體開關(guān)13;以及當(dāng)斷開第一開關(guān)以便切斷光信號(hào)時(shí)，該光 接收部停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)13。 另外，本發(fā)明的第二實(shí)施例類似于本發(fā)明的第一實(shí)施例之處在于能將觸發(fā)器控制器6和7構(gòu)造成微動(dòng)開關(guān)來替代光開關(guān)。微動(dòng)開關(guān)位 于第一開關(guān)4移動(dòng)到斷開位置的通路上，以便與第一幵關(guān)4的位置聯(lián) 鎖，當(dāng)閉合第一開關(guān)4時(shí)，微動(dòng)開關(guān)將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān) 13，以及當(dāng)斷開第一開關(guān)4時(shí)，停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān) 13。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11，如 圖4A所示，可以構(gòu)造成邏輯OR電路(簡寫成OR電路)，當(dāng)輸入第 一-電壓信號(hào)或第二電壓信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給斷路器15。另外，斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11，如圖4B所示，包括第一比 較器(C0M1)，其將第一電壓信號(hào)與預(yù)定第一參考電壓(REF1)進(jìn) 行比較，如果第一電壓信號(hào)大于第一參考電壓(REF1)，則輸出相應(yīng) 的輸出信號(hào)；第二比較器(COM2),其將第二電壓信號(hào)與預(yù)定第二參 考電壓(REF2)進(jìn)行比較，如果第二電壓信號(hào)大于第二參考電壓 (REF2)，則輸出相應(yīng)的輸出信號(hào)；以及OR電路，其連接到第一和 第二比較器(C0M1， COM2)的輸出，以及如果將該信號(hào)從第一和第 二比較器(C0M1， COM2)的至少一個(gè)輸入到OR電路，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)輸出到斷路器15。在圖3中，參考數(shù)字3表示當(dāng)磁化第一電抗器2時(shí)，施加到第一 開關(guān)4的磁力線。第一開關(guān)4包括串聯(lián)連接到超導(dǎo)體1和斷路器15之間的電力線的 靜觸點(diǎn)(未用參考數(shù)字表示)和活動(dòng)觸點(diǎn)5，該活動(dòng)觸點(diǎn)5能在與靜觸 點(diǎn)接觸以允許電流在電力線上流動(dòng)的位置和通過來自第一電抗器2的 磁力從靜觸點(diǎn)分開以便斷開電力線的位置之間切換。參考數(shù)字5a是將 第一開關(guān)4的斷開的位置狀態(tài)發(fā)送到包括在活動(dòng)觸點(diǎn)5中的觸發(fā)器控 制器6a的元件。
參考數(shù)字12包括用于將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)從斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11發(fā)送到斷路器15的信號(hào)通路。另一方面，在下文中，將參考圖5至8，描述具有上述結(jié)構(gòu)的本 發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的操作。圖5是說明當(dāng)故障電流出現(xiàn)時(shí)流過本發(fā)明的超導(dǎo)故障限流器的電 流變化的波形圖。圖6至8是說明本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的操 作的說明圖。圖6是說明當(dāng)正常電流流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流 器時(shí)的操作的說明圖。圖7是說明在流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流 器的故障電流的初始上升期間的操作的說明圖。圖8是說明當(dāng)故障電 流流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的分支電力線時(shí)的操作完成狀態(tài) 的說明圖。首先，在下文中，將參考圖5和6，描述當(dāng)正常電流在電力線上 流動(dòng)時(shí)，本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器的操作。與圖5的正常電流的波相同，當(dāng)在電力系統(tǒng)即電力線上流動(dòng)的電 流16是正常電流時(shí)，該電流16小于使超導(dǎo)體1失超的閾值電流，從而超導(dǎo)體1的電阻為"0"(零)。當(dāng)大電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，第一電抗器2具有大于"0"但小于 超導(dǎo)體1的阻抗的預(yù)定阻抗，例如幾十mQ (毫歐)，因此，電流16 不流入第一電抗器2，但流入無電阻的超導(dǎo)體1。因此，該電流16無損失地流過超導(dǎo)體1，以及通過第一開關(guān)4， 從而流入圖2和3的斷路器15。另一方面，在下文中，將參考說明在本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流 器上流動(dòng)的故障電流的初始上升期間的操作的圖7和作為波形的圖5 進(jìn)行描述。在圖5中，在故障電流的初始上升時(shí)，如果在電力線上發(fā)生諸如 短路電力線或接地的偶然事故，電流16顯著上升，從而變?yōu)榇箅娏鳌?如果不提供本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，在電力線上流動(dòng)的電流16 具有急劇上升的波，如同在圖5的故障電流生成時(shí)之后的電流16。在 故障電流的初始上升時(shí)，將電流16劃分成流過超導(dǎo)體1的電流17和 流過第一電抗器2的分路電流18，如圖7所示。此時(shí)，當(dāng)短路電力線 出現(xiàn)時(shí)，超導(dǎo)體1在幾百psec (微秒)內(nèi)失超，以及超導(dǎo)體的電阻從 零急劇地增加到幾到幾十歐，由此變成電阻器。因此，大部分故障電 流被分流流入具有低阻抗的第一電抗器2。此時(shí)，流過第一電抗器2的分路電流18具有與圖5中相同的波。正好在超導(dǎo)體1失超后，由于分路電流18小，通過磁化第一電抗 器2生成的磁力，SP，磁場19較小，由此，電磁排斥力不顯著，因此， 第一開關(guān)4的活動(dòng)觸點(diǎn)5仍然保持與靜觸點(diǎn)連接，如圖7所示。同時(shí)，在下文中，將參考說明當(dāng)故障電流流過本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo) 故障限流器的分路電力線時(shí)的操作完成狀態(tài)的圖8和作為波形圖的圖5進(jìn)行描述。如果在故障電流流入電力系統(tǒng)即流入電力線以及超導(dǎo)體1失超之 后，分路電路18逐步增加以及第一電抗器2生成大的磁力即大的磁場 19，活動(dòng)觸點(diǎn)5上的渦流增加以及第一電抗器2和活動(dòng)觸點(diǎn)5間的電 磁排斥力增加，因此，使活動(dòng)觸點(diǎn)5從靜觸點(diǎn)分離，如圖8所示。此時(shí)，由于超導(dǎo)體1的限流以及到第一電抗器2中的分流，流過 超導(dǎo)體1和第一開關(guān)4的電流具有由圖5的n所示的小波，當(dāng)活動(dòng)觸 點(diǎn)5從靜觸點(diǎn)分離時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電弧，以及電磁排斥力遠(yuǎn)大于觸點(diǎn)的 接觸壓力(保持接觸狀態(tài)的壓力)。因此，在非常短的時(shí)間例如圖5 中所示的延遲時(shí)間內(nèi)，使活動(dòng)觸點(diǎn)5從靜觸點(diǎn)完全分離。在斷開高速開關(guān)即第一開關(guān)4后，所有故障電流完全流入由第一 電抗器2和第二電抗器14形成的支路中，如由圖8中的分路電流18* 所示，分路并聯(lián)連接到電力線。在這種情況下，處理施加到超導(dǎo)體1的兩端的電壓非常重要，直 到完全斷開第一開關(guān)4為止。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為響應(yīng)對應(yīng)于超導(dǎo)體的 電阻增加的超導(dǎo)體的兩端的電壓增加，應(yīng)當(dāng)將多個(gè)超導(dǎo)體彼此串聯(lián)連 接，以及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器能如下降低電壓。換句話說，在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器中，由于第一電 抗器2具有在幾至幾十mn范圍中的非常小的阻抗，通過增加在超導(dǎo) 體1失超時(shí)生成的阻抗獲得的總阻抗也非常小，因此，不將高壓施加 到超導(dǎo)體1的兩端。這可以由下述等式表示。V=IfxZt ..............(1)在等式(1)中，"V"表示施加到超導(dǎo)體的兩端的電壓，"If" 表示故障電流的大小，以及"Zt"表示第一電抗器2的阻抗和當(dāng)超導(dǎo)體 1失超時(shí)生成的阻抗的總阻抗。例如，當(dāng)用30KA (千安)的故障電流 和20mQ(毫歐)的總阻抗替代等式變量時(shí)，施加到超導(dǎo)體兩端的電壓 不超出600伏。與正常電壓，即高壓電力系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓相比，這一 電壓非常小，系統(tǒng)電壓在幾千伏至幾百千伏的范圍中。另外，在本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器中，超導(dǎo)體1不限制短路 電流的大電流。在本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器中，超導(dǎo)體1用來將 大部分故障電流分流到第一電抗器2中。
同時(shí)，如果使第一開關(guān)4的活動(dòng)觸點(diǎn)5完全從靜觸點(diǎn)分離，觸發(fā)
器控制器6a停止將觸發(fā)器信號(hào)發(fā)送到半導(dǎo)體開關(guān)13，并且相應(yīng)地?cái)嚅_ 半導(dǎo)體開關(guān)13。因此，所有故障電流流過第一電抗器2，從而流入與 斷開半導(dǎo)體幵關(guān)13并聯(lián)連接的第二電抗器14。由于第二電抗器14具 有高阻抗，例如幾Q(歐)，故障電流利用第二電抗器14限制從而減 少，如圖5的波(18*)所示。
另外，在第一開關(guān)4的活動(dòng)觸點(diǎn)5完全從靜觸點(diǎn)分離后，具有高 阻抗的第二電抗器14也由于故障電流承受高壓。至于第二電抗器14 承受高壓，由于通過來自斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 在100 msec (毫秒)內(nèi)，瞬間觸發(fā)斷路器15，在這一瞬時(shí)內(nèi)，不損壞 第二電抗器14。
半導(dǎo)體開關(guān)13僅允許短于lms (1毫秒)的故障電流，直到斷開 第一開關(guān)4為止，以及在故障電流達(dá)到峰值前斷開，因此，防止開關(guān) 損壞，以及該開關(guān)不需要具有相對于大電流的大承受力。
由于第二電抗器14需要在幾至幾十mH (毫亨利)的范圍中的電 感以便具有在幾歐的范圍中的高阻抗，線圈繞組的數(shù)量增加。然而， 當(dāng)正常電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，第二電抗器不操作，以及僅在100 msec (毫秒)內(nèi)承受故障電流，因此，線圈不需要具有大的厚度，這防止 第二電抗器14和超導(dǎo)故障限流器的大小增加。
另外，如果輸入表示由于在電力線上流動(dòng)的故障電流的超導(dǎo)體1 的上升電壓的第二電壓信號(hào)，或來自變流器的第一電壓信號(hào)，或兩者， 則斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器11將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給斷路器15，由此， 觸發(fā)連接到分路的后端的斷路器15，從而斷開電力線。此時(shí)，如果故 障電流在電力線上流動(dòng)，在幾百psec (微秒)內(nèi)，超導(dǎo)體1失超，以 及生成任意電阻和電壓。因此，第一電壓信號(hào)和/或第二電壓信號(hào)幫助 縮短檢測故障電流的吋間，以便通過第一和第二電壓信號(hào)，斷路器15
斷開電力線需要的時(shí)間變?yōu)樾∮跀嗦菲?5僅檢測故障電流的時(shí)間。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器中，在并聯(lián)連接 到超導(dǎo)體的分路中，具有高阻抗的第二電抗器承受高壓，以便在超導(dǎo) 體的兩端不生成高壓，以及當(dāng)正常電流在電力線上流動(dòng)時(shí)，該分路還 承受和限制故障電流的大電流以及超導(dǎo)體僅承受額定電流，這允許超 導(dǎo)故障限流器使用數(shù)量最少的超導(dǎo)體。
另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器使超導(dǎo)體的數(shù)量最小。 因此，可以防止諸如由大量超導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)同時(shí)失超的需求引起的故障和 不良可靠性的問題。
另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器檢測在幾百psec (微秒)
內(nèi)失超的超導(dǎo)體的電壓的變化，以便在觸發(fā)斷路器中使用該檢測到的 變化。因此，與僅通過斷路器來檢測故障電流的時(shí)間相比，可以縮短 針對故障電流斷開電力線的時(shí)間。
由于可以用不背離其精神或?qū)嵸|(zhì)特性的幾種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因 此，應(yīng)知道上述實(shí)施例不受上述描述的任何細(xì)節(jié)限制，除非另外指出， 而是應(yīng)當(dāng)在附加權(quán)利要求中定義的其精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此, 意圖由附加權(quán)利要求包含落在權(quán)利要求的邊界和范圍內(nèi)的所有改變和 修改，或這些邊界或范圍的等效。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，包括串聯(lián)連接到電力線的超導(dǎo)體；第一開關(guān)，串聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，該第一開關(guān)當(dāng)正常電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)閉合以允許該電流在該電力線上流動(dòng)，以及當(dāng)大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)斷開以便斷開該電力線，該第一開關(guān)由磁力斷開；第一電抗器，其具有小于當(dāng)更大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)的該超導(dǎo)體的阻抗的第一阻抗，其并聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，以及當(dāng)更大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)作為用于流過該超導(dǎo)體和該第一開關(guān)的電流的支路，利用流過該支路的電流磁化該第一電抗器，從而使第一開關(guān)斷開；第二電抗器，其串聯(lián)連接到由該第一電抗器形成的該支路，以及具有大于該第一電抗器的第一阻抗的第二阻抗，以便限制該大電流；半導(dǎo)體開關(guān)，其并聯(lián)連接到該第二電抗器，并能通過觸發(fā)器信號(hào)接通；以及觸發(fā)器控制器，其響應(yīng)所述第一開關(guān)的斷開停止將觸發(fā)器信號(hào)發(fā)送到該半導(dǎo)體開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，進(jìn)一步包括 斷路器，其當(dāng)大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)斷開該電力線，該斷路器連接到該超導(dǎo)體、第一開關(guān)和支路后的電力線；變流器，其連接到該支路以便檢測流過該支路的電流，并輸出對 應(yīng)于該檢測電流的第一電壓信號(hào)；以及斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器，其包括連接到該超導(dǎo)體并輸入有對應(yīng)于 該超導(dǎo)體的電壓的第二電壓信號(hào)的第一輸入，以及輸入有來自該變流 器的第一電壓信號(hào)的第二輸入，以及當(dāng)輸入第一電壓信號(hào)或第二電壓 信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給該斷路器。
3. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，該觸發(fā)器控 制器包括光開關(guān)，其具有發(fā)出光信號(hào)的發(fā)光部以及光接收部，如果當(dāng) 閉合該第一開關(guān)時(shí)該光接收部從該發(fā)光部接收光信號(hào)，則該光接收部 將該觸發(fā)器信號(hào)提供給該半導(dǎo)體開關(guān)，以及當(dāng)斷開第一開關(guān)從而切斷 光信號(hào)時(shí)，該光接收部停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)。
4. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，該觸發(fā)器控 制器包括位于第一開關(guān)的斷開位置移動(dòng)的通路上的微動(dòng)開關(guān)以便聯(lián)鎖 到第一開關(guān)的位置，該觸發(fā)器當(dāng)閉合該第--開關(guān)時(shí)將觸發(fā)器信號(hào)提供 給該半導(dǎo)體開關(guān)，以及當(dāng)斷開該第一開關(guān)時(shí)停止將觸發(fā)器信號(hào)提供給半導(dǎo)體開關(guān)。
5. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，該半導(dǎo)體開 關(guān)由晶閘管、TRIAC、 IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、GTO晶閘管(控 制極可關(guān)斷晶閘管)、SSR (固態(tài)繼電器)、FET (場效應(yīng)晶體管)和 晶體管的任何-一個(gè)形成。
6. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，該斷路器觸 發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器由OR電路形成，該OR電路當(dāng)輸入第一電壓信號(hào)或第二 電壓信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給該斷路器。
7. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，該斷路器觸 發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器包括-第一比較器，其將第一電壓信號(hào)與預(yù)定第一參考電壓進(jìn)行比較， 如果第一電壓信號(hào)大于第一參考電壓，輸出相應(yīng)的信號(hào)；第二比較器，其將第二電壓信號(hào)與預(yù)定第二參考電壓進(jìn)行比較， 如果第二電壓信號(hào)大于第二參考電壓，輸出相應(yīng)的信號(hào)；以及OR電路，其連接到該第一和第二比較器的輸出，以及如果將該信 號(hào)從第一和第二比較器的至少一個(gè)輸入到OR電路，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸 出到該斷路器。
8. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，第一開關(guān)是 常閉觸點(diǎn)開關(guān)。
9. 如權(quán)利要求i所述的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其中，第一開關(guān)包 括串聯(lián)連接到該超導(dǎo)體和斷路器之間的電力線的靜觸點(diǎn)以及活動(dòng)觸 點(diǎn)，該活動(dòng)觸點(diǎn)能在與靜觸點(diǎn)接觸以允許電流在該電力線上流動(dòng)的位 置和通過來自第一電抗器的磁力從靜觸點(diǎn)分離以便斷開該電力線的位 置之間切換。
10. —種復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，包括 串聯(lián)連接到電力線的超導(dǎo)體；第--開關(guān)，其串聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，其當(dāng)正常電流在該電力線上 流動(dòng)時(shí)，閉合以允許該電流在該電力線上流動(dòng)，以及當(dāng)大電流在該電 力線上流動(dòng)時(shí)斷開，以便斷開該電力線，該第一開關(guān)由磁力斷幵；第一電抗器，其具有小于當(dāng)更大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)的該超 導(dǎo)體的阻抗的第一阻抗，其并聯(lián)連接到該超導(dǎo)體，以及當(dāng)更大電流在 該電力線上流動(dòng)時(shí)，作為用于流過該超導(dǎo)體和該第一開關(guān)的電流的支 路，該第一電抗器利用流過該支路的電流磁化，從而使第一開關(guān)斷開；第二電抗器，其串聯(lián)連接到由該第一電抗器形成的該支路，以及 具有大于該第--電抗器的第一阻抗的第二阻抗，以便限制該大電流；半導(dǎo)體開關(guān)，其并聯(lián)連接到該第二電抗器，并能通過觸發(fā)器信號(hào) 接通；觸發(fā)器控制器，其響應(yīng)該第-一幵關(guān)的斷開，停止將觸發(fā)器信號(hào)發(fā) 送到該半導(dǎo)體幵關(guān)斷路器，其當(dāng)大電流在該電力線上流動(dòng)時(shí)斷開該電力線，該斷路 器連接到該超導(dǎo)體、第一開關(guān)和支路后的電力線；變流器，其連接到該支路以便檢測流過該支路的電流，以及輸出 對應(yīng)于該檢測電流的第---電壓信號(hào)；以及斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器，其包括連接到該超導(dǎo)體并輸入有對應(yīng)于 該超導(dǎo)體的電壓的第二電壓信號(hào)的第一輸入，以及輸入有來自該變流 器的第一電壓信號(hào)的第二輸入，以及當(dāng)輸入第一電壓信號(hào)或第二電壓信號(hào)時(shí)，將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給該斷路器。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，其將限流電抗器添加到超導(dǎo)體，以保護(hù)電力線免受故障電流，以及更具體地說，涉及使用最少數(shù)量的超導(dǎo)故障限流器的復(fù)合超導(dǎo)故障限流器，同時(shí)避免多個(gè)超導(dǎo)體和線圈的串并聯(lián)，以便經(jīng)濟(jì)地制造小型故障限流器。超導(dǎo)體、高速開關(guān)和斷路器彼此串聯(lián)連接，以及將具有低阻抗的第一電抗器和具有高阻抗的第二電抗器并聯(lián)連接到電力線以便將用于電流的支路提供給串聯(lián)電路。根據(jù)斷開高速開關(guān)，使半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接到具有高阻抗的第二電抗器。構(gòu)造斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器以便連接到超導(dǎo)體和支路，以及當(dāng)出現(xiàn)故障電流時(shí)將故障電流分流到支路中，由此第二電抗器限制了故障電流。當(dāng)故障電流出現(xiàn)時(shí)，斷路器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器將觸發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給斷路器，用于根據(jù)超導(dǎo)體的電壓或支路的電流來觸發(fā)。
文檔編號(hào)H02H9/02GK101127440SQ20061017276
公開日2008年2月20日 申請日期2006年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月17日
發(fā)明者樸權(quán)培, 李昉昱 申請人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社