[发明专利]超导故障限流器的失超检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导故障限流器的失超(quench)检测系统以及超导故障限流器中的失超检测的装置。

背景技术

故障限流器是一种在电分配或者传输网络尤其是高压网络中将故障电流自动地限制为接近额定电流的低电流值的设备。这种设备的好处是，它急剧地降低了高压网络的短路功率，从而在不增加短路功率的情况下允许互连网络或者降低安全限度，以便与网络连接的其它机器的短路功率可以被设计得更低，从而可以制得更轻捷便宜。

超导尤其是高温超导，由于它们的属性、即当超导材料的临界电流(Ic)、临界温度(Tc)或临界磁场(Hc)中的至少一个超出时会失去超导性并且从非阻抗超导状态转变为具有高电阻抗的正常状态，而良好地适用于故障限流器。从超导状态到正常阻抗状态的这种转变称作“失超”。

在利用额定电流In的正常操作中，也就是，在冷却状态下，超导材料处于基本零阻抗的它的超导状态，因此在整个故障限流器上基本没有电压——故障限流器对网络来说“不可见”。在短路故障电流的情况下，电流上升到超过超导材料的Ic的额定电流In的几倍，这使得超导材料转变到正常阻抗状态，会产生高压。也就是，在正常操作中在超导状态下，在故障限流器的两个末端处基本观察不到电压差，而在故障条件下，由于增加的电阻抗，会测量到大电压差。

在失超过程中，超导材料必须吸收大量的能量，结果，导致加热。

为了避免故障限流器的过热和损坏，流经故障限流器的电流必须在有限的时间段内中断。由于失超过程在仅仅几十毫秒的非常短的时间内继续，因此失超检测必须非常快。从而，提供了用于失超检测的装置，一旦失超，该装置就向断路器发送故障信号用以切断电流。

在现有技术中已知各种失超检测的方法。

例如，EP 0 828 331涉及一种具有串联连接的各个线圈的高温超导线圈组件。在线圈组件的两个末端部分提供了通量回路(flux loop)。在失超的情况下，会检测到通量回路中发生的不平衡，并且这种不平衡用于打开断开开关(off-switch)。

美国专利5,999,383涉及通过测量限流器两个末端处的大约没有电压差的超导状态以及具有高压差的阻抗状态之间的电压来检测失超。为了便于电压差的检测，通过特殊设计来补偿由感应电压引起的任何“噪声”。

而且，JP 59-152604涉及通过测量电压差来检测失超。如在上面所提到的US 5,999,383中，通过特殊设计来消除由感应电压引起的“噪声”。

在JP 2009-206237中使用电压差来检测失超。所测量的电压差被傅立叶变换用以确定是否已经发生失超。

发明内容

然而，需要一种能够以简单可靠的方式操作且尤其是具有非常快的响应时间的用于超导故障限流器的失超检测系统。

这个问题通过根据权利要求5的失超检测系统来解决。优选实施例是从属权利要求6到10的主题。

本发明提供了一种包括差动保护继电器的失超检测系统。而且，本发明的失超检测系统包括至少与故障限流器的一个末端连接的变压器。

而且，本发明涉及一种用于检测超导故障限流器的失超的方法，其中比较超导故障限流器的输入末端处的电压和输出末端处的电压，其中，使用由于所述故障限流器两端的电压降在故障事件中产生的电压差来生成与所述故障限流器两端的电压差的幅度成比例的电流，其中，将这个电流供应给差动保护继电器，所述差动保护继电器将所述电流与预定值相比较，并且如果所述电流超过所述预定值，则操作断路器的触发机制用以中断向所述故障限流器的电流供应。

所述失超检测系统利用失超期间在故障限流器的两个末端之间生成的电压差。在正常操作期间，即，在超导状态下，限流器的每个末端处的电压几乎相等。在失超情况下，在限流器两端会发生明显的电压降，这导致两个末端之间的电压差。

根据一个方面，本发明的失超检测系统利用差动保护继电器。差动保护继电器众所周知并且通常可从各个分发处商业上获得。

在电力系统尤其是三相电力传输系统系统内使用差动保护继电器，以通过将流入装置的电流与流出所述装置的电流相比较来检测异常的操作条件。在正常操作中，输入电流等于输出电流，然而，在故障条件下，会观察到差异，这促使差动保护继电器产生故障信号促使断路器打开电路。差动保护继电器的示例如西门子AG所发布的那些，例如西门子7UT6131-5EA01-1AA0。