专利名称：一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器的制作方法
技术领域：
本发明属电磁设备技术领域，尤其涉及一种饱和铁心型超导限流器。
背景技术：
由于饱和铁心型超导限流器具有稳态低阻、短路高阻的优异工作特性，它是目前 用于解决高压电网短路电流的最佳可选方案。饱和铁心型超导限流器由电抗系统、直流控 制系统、监控系统和低温系统构成，电抗系统主要由铁心、交流绕组和直流绕组组成。饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组一般有两种耦合方式紧耦合方式及 松耦合方式。对于饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组紧耦合方式的构成参见图1、图2 所示，直流绕组(包括直流绕组1、2中的至少之一)和交流绕组(包括交流绕组3、4) 一同 布置在组合的中柱上，它的耦合系数较高，使交流铁心达到工作要求的深度饱和状态所需 要的直流安匝较小，图1、图2中5代表直流铁心柱，6代表交流铁心柱。对于饱和铁心型超导故障限流器的交、直流绕组松耦合方式的构成参见图3、图4 所示，直流绕组(包括直流绕组1、2中的至少之一)和交流绕组(包括交流绕组3、4)位 于同一铁心窗口的不同铁心柱(中心铁心柱和边柱)上，这种结构能够分离限流器的高压 (交流绕组)和低压(铁心和直流绕组)部分，使整体结构更为紧凑，但由于直流绕组与中 心铁心柱之间空隙较大，相对耦合程度降低。图3、图4中5代表直流铁心柱，6代表交流 铁心柱。在高压电气设备中绝缘结构往往是总体结构的关键。对饱和铁心型超导限流器而 言，交流绕组的绝缘结构不但影响到设备的安全运行，而且直接关系到设备的整体结构形 式、体积大小、制作成本，是超导限流器设计的关键点和出发点之一。但超导限流器现在结构设计上有一定的局限性，尤其是基于高电压等级紧耦合带 来的绝缘安全问题是设计的一大难题对高电压等级来说，高压绕组在内、低压绕组在外的 紧耦合结构使绝缘变得困难，制作及维修难度大，另外控制直流绕组的直径加大，从而增加 了直流绕组材料的用量，对于超导限流器来说，直流绕组为超导带材，价格比较昂贵，因此 提高了制作成本。对于松耦合方式，本申请人发明了紧凑型铁心结构(申请号为200710097089. 8)， 解决了传统交流绕组设计制作超导限流器的绝缘难题，但同时却以牺牲交、直流绕组的耦 合系数为代价。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器， 其容易保证绝缘强度，并具有较好的耦合性。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其由电抗系统、直流控制系统、监控系统和低温系统构成，其中电抗系统由铁心、交流绕组、直流绕组组成；所述 的交流绕组用至少1匝电缆绕制。所述电缆绕制的交流绕组两端带有电缆接头。所述电缆绕制的交流绕组为螺线管形式，可由直径不同的多层电缆螺线管叠套而 成。电缆绕组的匝间及层间需加装固定电缆绕组的固紧夹件。所述的电缆可以是干式电力电缆或充油式电力电缆、超导电缆。所述的电缆横截面结构由内向外一般依次为导体层、半导电层、绝缘层、半导电层 和外护层。绝缘层的制作材料应与半导电层的基底材料为具有相同弹性模量的聚合物。本发明适用于具有直流励磁绕组和交流工作绕组的电磁设备中，尤其适用于高压 电网用饱和铁心型超导故障限流器，该种交流绕组可灵活运用于限流器的松、紧耦合结构 布置中。本发明打破了超导限流器结构设计上的局限性，使交、直流绕组耦合方式更具灵活 性，解决了高压绝缘的设计难题。另外，使用电缆绕制成的高压交流绕组代替传统的油浸绕 组，提高了电气设备运行的安全性，同时具有环保、抗短路能力强、绝缘系统设计简单等特点。本发明的优点是1、在满足超导限流器的绝缘要求下，可以大大简化它的绝缘结构设计，以降低整 体设备制作工艺的复杂性。2、避免了油浸绝缘的复杂结构和潜在的安全隐患，提高了整体设备运行的安全可靠性。3、为优化设备的整体结构，降低设备体积、重量及制作成本提供了更为广阔的空 间。4、本发明可使饱和铁心型超导限流器的设计思路更广泛，应用方式更灵活，电缆 绕制的交流绕组与直流绕组的耦合方式既可以采用松耦合，也可以采用紧耦合。5、本发明电缆绕制的交流绕组在限流器紧耦合结构中应用时，无需增大直流铁心 柱和轭铁的截面积来加强直流对交流的励磁，大大减小了限流器的重量和体积。6、使用本发明电缆绕制的高压交流绕组制作的超导限流器具有环保、抗短路能力 强、绝缘系统设计简单等特点，另较为轻便，容易搬运。
图1为一个直流绕组紧耦合结构示意图。图2为两个直流绕组紧耦合结构示意图。图3为一个直流绕组松耦合结构示意图。图4为两个直流绕组松耦合结构示意图。图5为本发明的电缆绕制交流绕组结构示意图。图6为电缆绕制交流绕组的电缆截面结构示意图。下面结合附图及具体实施例对发明做进一步详细说明
具体实施例方式本发明具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器的一大创新点在于不改变超导限流器的其他基本结构，对交流绕组进行改进，用电缆绕制交流绕组，而传统的 交流绕组所用绕组导线一般是用扁导线、圆导线、组合线或换位导线。本发明电缆绕制的交 流绕组，使交、直流绕组耦合方式更具灵活性。本发明电缆绕制的交流绕组可以套装在铁心上、直流绕组外或其它交流绕组外。 以套装在铁心4上的电缆交流绕组为例，如图5所示，本发明由电缆1绕制的交流绕组为螺 线管形式，至少由1匝电缆绕制而成。电缆绕组的匝间及层间需加装具有足够机械强度的 固紧夹件3，起到固定电缆绕组的作用，同时也可以克服发生短路故障时出现在交流绕组上 的电动力冲击。由于交流绕组间要实现并联或者串联，并且需要与外电网相连接，电缆绕制 的交流绕组两端可以带有电缆接头2。本发明绕制交流绕组使用的电缆种类及规格主要根据电缆的绝缘等级和极限弯 曲半径进行选取，可以选用各类干式电力电缆、充油式电力电缆、超导电缆或其它特型电 缆。由于常规高压电力电缆的极限弯曲半径往往过大，若直接使用，可能不能满足绕制半径 的要求，因此需要采用特殊的电缆结构或通过特殊工艺的处理完成电缆的绕制过程。如， 使用特制的柔性电缆绕制交流绕组；制作具有一定弯曲半径的螺旋式电缆；将具有一定绝 缘强度和有足够弯曲半径的电缆预制为交流绕组的形状及尺寸，然后增强绝缘形成交流绕 组；将导体预制为交流绕组的形状及尺寸，然后原位制作绝缘等。图6示出了本发明绕制交流绕组的电缆一实施例的截面结构图，上述的各紧、松 耦合结构的实施例中(亦即包括采用图1至图4所示耦合方式的饱和铁心型超导限流器) 交流绕组1、交流绕组2所用导线不是传统用扁导线、圆导线、组合线或换位导线，而是一种 柔性电缆，其极限弯曲半径可以做到1.5D，其中D为电缆的外径，故电缆绕组不受其自身弯 曲半径的影响。本发明中采用的绕组电缆横截面如图6所示，由内向外依次为导体层11、半 导电层12、绝缘层13、半导电层14和外护层15。该绕组电缆导体层11由多股圆形铜或铝导 体并具有分层绝缘的束绞导线组成。束绞导线中至少有一根导线的一部分能够与其包裹的 半导电层紧密接触，使电流可以流动。半导电层12、14的材料可以为相同的基底材料，是由 加入极细的金属或碳黑粉末的聚合物制成。半导电层12、14和绝缘层13具有相同的弹性模 量的聚合物制成，这些热膨胀系数基本上具有相同的数值，其粘附力具有与材料的最薄试 片的强度相同的数量级，各层随温度的变化仍维持粘附。上述的聚合物适宜LDPE(低密度 聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交 联聚乙烯)、EPR(乙丙橡胶)或硅橡胶之类的热塑性材料。用本发明技术制备的超导限流器的主体结构构成模式可以是与现有的各类超导 限流器类同，主要由电抗系统、直流控制系统、监控系统和低温系统构成，电抗系统由铁心、 交流绕组和直流绕组组成。用电缆绕制的交流绕组与直流绕组的耦合方式即可采用松耦合 亦可是紧耦合。当用于图1、图3所示的一个直流绕组对两个交流绕组励磁的耦合结构情 况，本发明的两电缆绕制的交流绕组的联接方式采用串联顺接或并联顺接。在图2、图4所 示的结构中，本发明的两电缆绕制的交流绕组应顺极性串接或并接，直流绕组反极性串接； 或将直流绕组串联顺接，本发明的两电缆绕制的交流绕组反接。本发明的电缆绕组可以做成饼式，也可以做成层式。该绕组可用于松、紧耦合结构 的超导限流器中。一相的两个交流绕组串联或并联后接入电网。直流绕组以一定方式联接， 使得交流感应电势在直流回路中的作用最小。
电缆绕组用于高压超导限流器中，使绕组的高压绝缘问题转化为电缆高压绝缘设 计。而电缆绝缘技术已非常成熟，同时用电缆制作的绕组，使电场完全限制在绝缘之间，有 效解决了常规高压限流器设计电场分布不均等局部放电问题。另外，高电压超导限流器的 紧耦合结构完全消除了高、低压之间的绝缘安全隐患。同时电缆绕组限流器避免了使用油 绝缘的火灾危险。电缆绕组使复杂的油绝缘监测、控制系统转化为干式电缆绝缘技术，解决 了制作和运输上的种种困难。综上而述，高电压等级超导限流器的紧耦合结构应用的可靠性，将是限流器研发 过程中一个新的设计思路。相对松耦合，紧耦合使直流励磁作用增强，直流铁心柱和轭铁的 截面积无需增大。该发明为饱和铁心型超导限流器的产业化设计、生产提供了更广阔的思 维空间。
权利要求
1.一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其由电抗系统、直流控 制系统、监控系统和低温系统构成，其中电抗系统由铁心、交流绕组和直流绕组构成；其特 征在于所述的交流绕组用至少1匝电缆绕制。
2.根据权利要求1所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于所述电缆绕制的交流绕组两端带有电缆接头。
3.根据权利要求1或2所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器， 其特征在于所述电缆绕制的交流绕组为螺线管形式，由直径不同的多层电缆螺线管叠套 而成。
4.根据权利要求3所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于所述的电缆绕组是将所选柔性电缆经预制形状、原位制作绝缘而形成的绕组；电 缆绕组的匝间及层间加装固定电缆绕组的紧固结构件。
5.根据权利要求1所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于所述的电缆为干式电力电缆、充油式电力电缆或超导电缆。
6.根据权利要求1所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于所述的电缆横截面结构由内向外一般依次为导体层、半导电层、绝缘层、半导电层 和外护层。
7.根据权利要求1所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于其中，电抗系统采用一个直流绕组和两个电缆绕制的交流绕组，两者采用松耦合或 紧耦合，两个电缆绕制的交流绕组采用串联顺接或并联顺接联接方式。
8.根据权利要求1所述的具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其特 征在于其中，电抗系统采用两个直流绕组和两个电缆绕制的交流绕组，两者采用松耦合或 紧耦合；两个电缆绕制的交流绕组顺极性串接或并接，两个直流绕组反极性串接；或将两 个直流绕组串联顺接，两个电缆绕制的交流绕组反接。
全文摘要
本发明公开了一种具有电缆绕制交流绕组结构的饱和铁心型超导限流器，其由电抗系统、直流控制系统、监控系统和低温系统构成，其中电抗系统由铁心、交流绕组、直流绕组构成；所述的交流绕组用至少1匝电缆绕制，交流绕组的两端带有电缆接头。所用电缆可以是干式电力电缆、充油式电力电缆或超导电缆。本发明结构中的电缆自身带有主绝缘，设备为干式绝缘形式，结构紧凑、安全可靠、环保免维护，降低了设备制作工艺的复杂性，避免了油浸绝缘的复杂结构和潜在的安全隐患，为优化设备整体结构，降低设备体积、重量及制作成本提供了更为广阔的空间。
文档编号H02H9/02GK102044865SQ20091023607
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者任安林, 信赢, 张敬因, 牛潇晔, 龚伟志 申请人:北京云电英纳超导电缆有限公司