[发明专利]一种快速开关型超导限流变压器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种快速开关型超导限流变压器及其工作方法，该超导限流变压器包括低温杜瓦、高压绕组、低压绕组、超导绕组的引出端子、第一、第二和第三快速开关；高压绕组和低压绕组浸泡在低温杜瓦内的冷却液体中经引出抽头引出；低压绕组每相分为主通流绕组和主限流绕组两部分，主通流绕组通过引出抽头与第一快速开关串联，主限流绕组通过引出抽头与第二快速开关串联，主通流绕组和主限流绕组所在支路并联；低压绕组每隔一段距离有一组互相绝缘的引出端子；第三快速开关置于杜瓦上部气体区域，与低压绕组的引出端子或空挡连接。在短路故障下，通过第三快速开关的动作改变第一快速开关分闸时切除的超导带材长度，增大超导绕组的限流阻抗，实现变阻抗限流。

技术领域

本发明涉及超导技术、变压器技术及开关电器技术领域，具体涉及一种使用快速开关改变超导变压器的绕组拓扑实现变压和多拓扑变阻抗限流的超导变压器设备。

背景技术

随着经济的不断发展，用电需求不断增大，电网规模也越来越大，对输电容量的要求也越来越大，同时短路电流也会不断增大，危及系统安全。超导变压器和超导限流变压器基于超导材料超导态的零电阻特性和失超时的电阻特性，结合超导材料数十倍与传统导体的通流能力，相对常规变压器增加电能传输密度的同时大大减少体积，同时还能在能从故障一开始通过超导材料从超导态转换为常态提供有效的电流限制，而不需要任何控制系统，具有优异的发展前景。

目前超导变压器和超导限流变压器国内外已有部分学者进行了相关研究。然而目前的相关研究主要集中在小容量超导变压器，其容量和电压等级较低，限流能力不高，且限流范围不可调节，相对同等级电力变压器的体积和重量优势不高，同时成本相对过大，不具备经济优势。受限于超导材料和制冷系统的成本，在容量超过10MVA时，超导变压器比同等容量下的常规电力变压器具有更明显的经济优势。

因此，具有大容量、高限流率、高失超阻抗、快速恢复能力的超导限流变压器是未来重要的发展方向。但是目前针对大容量高限流率的超导限流变压器相关的研究较少，现有超导限流变压器的限流阻抗固定不变，在故障电流下全部绕组失超限流而恢复困难等问题需要解决。

发明内容

针对现有超导变压器和超导限流变压器不能很好实现故障限流功能，本发明提出了一种快速开关型超导限流变压器及其工作方法，本发明利用快速开关的不同连接方式和动作状态，改变超导变压器绕组的拓扑结构和限流阻抗，实现变阻抗限流功能，通过杜瓦外的另一个快速开关实现限流后剩余短路电流的开断，清除超导限流变压器故障。在超导限流变压器自动重合闸时，先断开的绕组失超程度低且恢复快，可以接入先断开的绕组，来满足超导限流变压器自动重合闸要求，剩余超导绕组完全恢复后再接入。杜瓦外的两个快速开关可以同时满足变阻抗限流功能及正常和故障时的电流开断功能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种快速开关型超导限流变压器，包括低温杜瓦1、高压绕组2、低压绕组3、低压绕组的引出端子、第一快速开关5、第二快速开关6以及第三快速开关7；低压绕组3为超导绕组，高压绕组2和低压绕组3浸泡在低温杜瓦1内的冷却液体中经引出抽头4引出；低压绕组3每相分为主通流绕组和主限流绕组两部分，主通流绕组通过引出抽头4与第一快速开关5串联，主限流绕组通过引出抽头4与第二快速开关6串联，主通流绕组和主限流绕组所在支路并联；低压绕组3每隔预设距离有一组互相绝缘的引出端子；第三快速开关7置于低温杜瓦上部气体区域，与低压绕组的引出端子或空挡8连接。

优选的，所述高压绕组2的连接方式为星形或三角形，绕组材料采用铜绕组或超导绕组，使用超导绕组时采用与低压绕组3同样的拓扑结构，通过快速开关动作实现变阻抗。

优选的，所述低压绕组3由多根超导带材串并联组成，根据限流率需要选用相同或不同临界电流和失超阻抗的超导带材绕制而成，绕组连接方式为星形或三角形；超导绕组导体采用钇钡铜氧氧化物YBCO或铋锶钙铜氧化物BSCCO。