专利名称：具有浸没的相位线圈的高压故障限流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压故障限流器领域，特别是，公开了一种高压饱和芯型故障限流器。
背景技术：
饱和铁芯型故障限流器(FCLs)已经是公知的。在授予Darmarm等人的美国专利 US7193825、Yuan的美国专利6809910、Boenig的美国专利US7193825,以及Walker的美国 专利申请US2002/0018327中，均可看到超导故障限流器装置的实例。所述故障限流器通常仅适于干式铜线圈布置。实际中，所述布置可能仅适用于利 用空气作为主要绝缘介质的DC饱和型FCLs。也就是说，介于多相FC1中的AC相位线圈之 间以及介于AC相位线圈和铁芯、DC线圈、低温箱以及主结构之间的主静态绝缘介质由空气 中的适当距离提供。这实质性地将FCL限制在了干式绝缘技术上。干式技术通常指这样的 变压器构造技术，该技术利用电绝缘的铜线圈，但仅以正常的静态空气和绝缘的绝缘隔障 材料作为绝缘介质平衡。一般的，空气构成设备的高压侧和诸如铁构架及其外壳等接地部 件之间的介电绝缘材料主体。干式绝缘的应用把设计限制在AC线电压最大达约39KV的低压范围。可商业应用 的干式变压器和电抗器最大仅达约39KV的电压水平。因此，当前展示的用DC饱和型FCLs 的技术并不适于扩展到高压范围。当利用空气作为绝缘介质针对高压来设计尺寸大小实 用的紧凑结构时，干式设计显得无能为力。FCLs实际的主要市场之一是中高压(33KV 166KV)以及超高压范围(166KV 750KV)。在这些电压范围内，当前关于DC饱和型FCLs 描述的技术以及文献描述可能不实用。主要原因在于静态电压设计的问题，例如，高压铜线 圈和低温箱或铁芯或DC线圈之间的空气绝缘介质的击穿。中高压范围内(大于39KV)的 高压相位线圈常常需要浸没在绝缘气体中(例如SF6、氮气)、真空(最好l(T3mbar)、液体 诸如合成硅油、植物油、或其他常用于中压、高压或超高压变压器或电抗器技术的绝缘油等 中。当某一高压装置浸没在所述的某一绝缘介质中，所述介质常常被称为“整体绝缘介质”， 或“电介质”。除了真空的相对介电常数为1之外，电介质通常将具有约2 4量级的相对 介电常数。如果通过限制固体绝缘隔障之间的最大距离，并相对于特定液体或气体电介质 的击穿性能优化填充电介质的间距而合理实施，这些所谓的介电绝缘介质具有远远好于大 气中空气的静电击穿强度性能。常用的整体绝缘气体和液体通常具有量级为10 20KV/mm的击穿强度，但是通常 应用为平均电场应力不超过约6 10KV/mm。所述击穿应力值的安全裕量是需要的，因为由 于各种静电场的加强效应，即使平均静电电场应力为6 10KV/mm，其沿任一等电场线的静 电电场应力峰值可能是平均值的两到三倍。总体而言，诸如变压器、电抗器、故障限流器等室内装置中，用于高压整齐绝缘体 要求的介电液体和气体的主要期望需求有五个 电介质必须具有很高的电阻系数； 介电损耗必须很低；
液体必须能容纳固体绝缘件，而不损坏那些固体绝缘件(例如，线圈绕组的匝间 绝缘或环氧树脂)； 电击穿强度必须高； 介质必须能去除热量损耗。对于诸如变压器、电抗器、故障限流器等室内设备而言，固体绝缘技术还不常用于 中高压(即>39KV)。固体绝缘技术的缺陷是在固体绝缘的整体(bulk)中，例如线圈绝缘 件和其他固体绝缘材料等不同材料表面之间，不可避免地存在气隙。众所周知，由于场强加 强效应，高压下的固体绝缘件内部的气隙会产生很高的电应力，这将导致由于局部放电而 造成的包围材料的物理击穿，以及可能最终造成漏电路径和整个设备的损坏。将能认识到的是，采用单个或多个DC线圈使铁芯饱和的DC饱和型故障限流器，例 如在前述现有技术中所披露的那些，当铜的AC相位线圈不再是“干式”构造或当整个设备 中的主绝缘介质是空气时，造成了很重要的问题。所述布置中明显的问题是用于冷却DC HTS线圈的铁制低温箱以及DC HTS线圈自身的存在。相对于AC相位线圈，低温箱或线圈以 及铁芯本质上都处于接地电位。作为一个边缘性的但提高了用于所有高压机器和设备的绝缘要求的问题，常见的 情况是基本绝缘设计必须符合某种电工标准，该标准用于测试各种类型的过电压和预定 时间段内雷电脉冲的容许量。在澳大利亚，此类标准的一个实例如下AS2374第3部分绝缘水平和介电测试，其包括整个变压器的电源频率(RF)和雷击 脉冲(LI)测试AS2374第3. 1部分绝缘水平和介电测试——处于空气中的外部间隙AS2374第5部分承受短路电流的能力这些标准不构成高压电设备必须满足的标准的所有内容。已认识到的是各个国 家都有覆盖相同设计领域的本国标准，且对一个国家标准的参考不必排除任何其他国家的 标准。理想的是，一个设备能构造为满足多个国家标准。对这些标准的遵守即形成该装置的BIL(基本绝缘水平)或者通常是许多个基本 AC线电压的DIL(设计绝缘水平)。例如66KV的中压变压器或其他室内装置，诸如可具有 220KV的BIL的FCL。满足这一标准的要求即形成一静态电压设计，比起仅考虑ACAC线电 压，该设计更加积极地满足实际要求。可适用的标准以及此类要求来自于这样的事实实际 电装置所经历的暂时过电压，所述暂时过电压是机器或设备可能在一个复杂网络中所经历 的，例如，雷击过电压，和开关过电压。因而，电网中的所有设备具有适于预期最坏情况下瞬 时电压的BIL或DIL。针对高压DC饱和型故障限流器的静态设计问题的首先考虑可能导致这样的结 果通过将高压AC铜线圈置于适宜的电绝缘气体或液体中而简单地解决这一问题。然而， 这一技术的问题是；铁芯必须通过容纳气体或液体的容器，机械上难以解决具有较长寿命 的这一界面的设计问题。然而，从静电学上更重要地解决这一界面问题是更复杂得多的，任 何解决方案可能都趋于失败或被证明不经济。问题是在容纳介电流体的容器和高磁导率 的铁芯之间必须形成密封。另一种可能性是在相与相之间，以及在相与铁芯和低温箱或围绕铜相位线圈且与 相位线圈紧密接触的一层高压绝缘体之间，采用干式固体高压隔障且紧密接触相位线圈，而不结合使用介电液体或气体。但是，不包括液体或气体电介质有一个明显的有害副作用 已知处于空气和具有相对较高介电常数的其他材料组合中的静电电场总会在具有较低介 电常数的材料和流体(即，空气)中造成电场的增大。例如，设想导电铜圆筒，其具有一层 常见绝缘体以表示匝间绝缘体，根据公式1
Ex =X .
￡2/… 1其中，Um =相对地的AC相电压R =包括外侧绝缘件的铜圆筒的半径(mm)r =裸露的铜圆筒的半径(mm)d=从圆筒中心到最近的地平面的距离(mm)e 2 =覆盖圆筒的绝缘体的相对介电常数e工=圆筒浸没于其中时整体绝缘体(空气的话=1)的相对介电常数X=从圆筒中心到圆筒外某一点的距离(mm)Ex =点X处的静电电场梯度(KV/mm)电场加强效应用因子e 2/ ￡工表示，除相对介电常数等于1的真空情况之外，日常 常用材料的电场加强效应为2 4量级。因而，通过提供额外的固体或其他绝缘材料(具 有比空气高的介电常数)，可以提高FC1的整体空气绝缘体中的静电电场应力。高电压绝缘 性能越好，电场加强效应就越强。因而，通过仅采用固体介电绝缘隔障，而不浸没到介电液体或气体中，而是空气绝 缘的FCL，对于高于39KV的高压FCLs来说，技术上不是理想的选择，实际中也还没有看到过 利用这种技术制造高压干式变压器，例如高于39KV。事实上，至今还没有发现有什么技术特 别合适，这就是为什么39KV以上的高压变压器采用介电液体或气体绝缘。上述所讨论的是为什么封装高压电设备常常整体浸没在电绝缘的介电流体或气 体中的原因。也就说，电抗器和变压器的绝缘铜线圈和铁芯封装在一容器中，之后将该容器 中全部注满流体介电介质。这实质性地弱化了上述讨论中所详细描述的静电压设计问题。 绝缘介质(例如，油、真空或SF6)充满了所有的空隙以及在高压部件和基本上处于接地电 位或中性电位的部件之间的大块距离。在这种情况下，可以将固体绝缘隔障合并到整体绝 缘电介质中。对于诸如油等很多液体，采用固体绝缘件分割长的间距，通过提高介电流体的 击穿电场强度而提高了整体静电绝缘性能。这是因为，油和固体绝缘体的相对介电常数相 互非常接近(所以与空气相比电场加强效应被弱化了)，且由于绝缘隔障间的间距较小，整 体电介质的击穿电压(以KV/mm表示)提高。然而，全部浸没技术的问题是其不容易适用于DC饱和型FCL设计以及其他需要 并入超导线圈作为DC饱和元件的设计。这是因为超导线圈以及其低温箱、或真空容器是 也必须要浸没到介电流体中的FCL的部件。申请文件中关于现有技术的讨论绝不应被视为认可上述现有技术已经众所周知 或已构成本领域的普通公知常识。
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发明内容
本发明的目的在于提供一种高压故障限流器的改进结构。根据本发明的第一方面，其提供了一种故障限流器，该限流器包括铁磁线路，该 铁磁线路由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱和第二芯柱；围绕所述第一芯柱的饱和机 构，以使所述铁磁材料磁饱和；卷绕所述第二芯柱的相位线圈；包围所述相位线圈的介电 流体；以及包围所述饱和机构的气体环境。在某些实施例中，饱和机构可包括互连至DC电源的冷却的超导线圈，该超导线圈 可处于低温箱中。该限流器还可包括用于容纳限流器部件的外部容器，安装在外部容器上的一系列 端子，其中相位线圈优选包括互连到所述端子中的预定端子的AC输入引线和AC输出引线。 该限流器还包括互连到所述饱和机构的低温制冷剂供应软管。该限流器还可用于多相电源，以限制电源的各相。在某些实施例中，单个饱和机构 围绕多相电源的每个相的铁磁线路。所述饱和机构和相位线圈优选绕铁磁材料的同一细长 部分形成。所述饱和机构可绕所述细长部分的近端形成，相位线圈可绕所述细长部分的远 端形成。铁磁线路可包括铁材料的单个细长部分。在某些实施例中，铁磁线路优选可包括相互平行的第一芯柱、第二芯柱和第三芯 柱，所述相位线圈的一部分卷绕在所述第一芯柱和第二芯柱，所述饱和机构卷绕着所述第 三芯柱。根据本发明的另一方面，其提供了一种故障限流器，该限流器包括铁磁线路，该 铁磁线路由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱；围绕所 述芯柱的饱和机构，以使所述铁磁材料磁饱和；卷绕所述第二芯柱的第一相位线圈；卷绕 所述第三芯柱的第二相位线圈；卷绕所述第四芯柱的第三相位线圈；包围所述相位线圈的 介电流体；以及包围所述饱和机构的气体环境。所述饱和机构可包括在低温箱内卷绕第一 芯柱的超导线圈。根据本发明的另一方面，其提供了一种故障限流器，该限流器包括铁磁线路，该 铁磁线路由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱和第二芯柱；围绕所述第一芯柱的饱和机 构，用于使所述铁磁材料在无故障状态下磁饱和；至少一个卷绕所述第二芯柱的相位线圈； 以及包围所述相位线圈的介电流体。在一些实施例中，所述第一和第二芯柱优选彼此相互 靠近，饱和机构和相位线圈优选具有大致相同的尺寸或范围。
以下将仅以实例形式，结合附图，说明本发明的优选实施例，其中图1示出了第一实施例的单相高压DC饱和型故障限流器的侧视立体图；图2示出了第二实施例的单相高压DC饱和型故障限流器的侧视立体3示出了第一三相高压DC饱和型故障限流器的侧视立体图；图4示出了具有冷却液注入口的另一三相高压DC饱和型故障限流器的侧视立体 图；图5示出了具有水平线圈的三相高压DC饱和型故障限流器的侧视立体图；图6示出了具有紧邻超导线圈的相位线圈的另一改进实施例的侧视立体图7示出了包括用于各相位线圈的单个细长铁芯的另一改进实施例的侧视立体 图；图8示出了另一改进实施例。
具体实施例方式本发明的优选实施例中，提供了一种高压、DC饱和型FCL，其基本没有上述讨论的 整体绝缘上的问题。AC相位线圈连接至高压AC电源。DC线圈是由DC电源提供电压的相 对低压线圈，其用于使芯饱和。首先请参见图1，其示出了通过第一单相高压故障限流器1的剖切部分的侧视立 体图。该限流器设计为基本依据Darmarm等人的美国专利US7193825的工作原理而工作， 该专利的内容以交叉引用的方式并入本文，并扩展至高压工作。限流器1包括两个铁制的 方形芯环2，所述芯环具有上部，超导线圈3缠绕在该上部，线圈3放置在一个用于冷却的低 温箱中，并在正常工作中作用，以使芯环2磁饱和。AC相位线圈5、6卷绕在各个铁芯上。线圈通过具有固体绝缘件，例如13的导体而 互连到高压套管或端子，例如7、8上。铁芯的下部浸入电介质流体或气体10中。通过与套管例如11互连的电流引线12向超导线圈3提供外部电源。在该优选实施例中，套管AC相位线圈5、6反向卷绕并直接串联。DC饱和电流负载线圈3作为用于高磁导率铁芯，例如2的饱和机构，并围绕这铁芯 的芯柱。在一个优选实施例中，电流负载线圈3是可由多层热绝缘体9包围的超导线圈，并 放置在真空容器低温箱4中。低温箱中所需的真空度仅要适于有效地热绝缘，而不用适于 静电绝缘。真空容器低温箱4可以采用不锈钢、塑料、玻璃纤维强化塑料或任何其他合适的 材料制造，以保持真空。对各相均需要线圈对5、6，以有效地限制故障电流波形的两个半循环上的故障电流。Darmarm等的美国专利US7193825所提出的关于DC饱和型故障限流器的基本理论 仍然适用。也就是说，整个铁芯饱和到这样的磁场水平AC相管套处各相的终端阻抗最小。 例如，对于采用M6层叠的铁制层叠铁芯，饱和水平可以是2. 05特斯拉。在此饱和水平，铁 芯的相对磁导率为约1. 6。FCL的相终端阻抗由下面的公式2给出。义=|^/./7。/1]^.凡单位=Q公式 2其中， X是当没有故障电流情况下通过工作网络所看到的FCL的AC稳态终端阻抗； f是频率； n是各相位线圈上的ac匝数； A是高磁导率铁芯的横截面积； L是每相的高磁导率铁芯的有效磁长度； 是自由空间的介电常数； 是饱和状态中高磁导率铁芯的相对介电常数。通过实施图1所示的设计，对于任何给定的AC相电压，该装置的占据空间 (footprint)都最小化，这点在处于接近市中心的变电站中特别重要。FCLs的重要市场是作为现有变电站或其他设施的改进。通常，在现有的变压器间之间仅有小占据空间可用。现请参见图2。其中示出了单相故障限流器的替换实施例20。在替换实施例20 中，两个高压AC相位线圈22、23安装在进一步与一体互连到铁芯21上的芯柱25、26上。铁 芯21还包括贯通水平安装的超导线圈27的芯柱，所述线圈具有多层热绝缘体30以及包围 的单壁式低温箱31。通过软管28、29向低温箱31中填充氦气。由于例如22、23的两个相位线圈安置在与铁芯21相连接的相似高磁导率的铁芯 轭上，对于提供较小的占据空间而言，设计20特别有利。布置1的另一优点是低压超导偏 置线圈27与高压AC相位线圈之间的物理分隔。对高压工程师来说，这点简化了静电设计。有利的是，应用在高压绕组线圈的常用技术和技巧可实施用于制造常见的相位线 圈。实际上，相位线圈通常可是纸绝缘铜线圈，电介质可是合成硅油，使FCL的底部本质上 象传统的电抗器或开路变压器。
图1和图2中的布置的另一优点是低温箱和馈入(feedthrough)元件(用于电 流、冷却剂、传感器、真空口)不必浸没在液体电介质中，而是可以从整个容器的顶端接近。 这使得所述布置对于必须针对低温箱所进行的日常检修、更换或改进等实际应用更加实用。此外，所述布置没有任何内在特点会限制或引导整个装置的宽高比成为任何特定 构造。如果空间允许，在任何设计中，占据空间都可以增加为更大，如果需要，FCL的高度都 可以做得如需要的那样小，以避开由上面进入的高压线。理想地，在图2的布置中，下部芯柱25、26具有减小的截面积。这点确保了的整个 铁芯的充分饱和，所述铁芯包括相位线圈居于其上的所有芯柱在内。在一个优选实施例中，DC饱和线圈是超导线组。DC超导线圈的冷却可由强制的冷 却气体(例如，开氏温度20K时的氦气以及开氏温度30K氖气)或具有适当热性能的其他 适合的冷却气体实现。冷却气体在采用氦气作为制冷剂或工作流体的低温箱的热交换器中 依次被冷却。热交换器/低温箱可安置于故障限流器的外部，例如达5米远，且处于与AC 管套的电压相称的距离处。通过远远地安置低温箱/热交换器，也可以在FCL工作时进行 日常维护程序、检修工作、检查以及更换。此外，通过采用单独的、额外的低温箱/热交换器来冷却超导线圈的冷却流体，可 以获得内生的牢固性，这对于在变电站和其他重要的供电基础设施中的限流器的实际应用 来说是既必须的也是有吸引力的。在一个替换实施例中，所需的制冷强度以及高可靠性可通过采用诸如液态氮、液 态氖或液态氦等液体冷却剂实现。为了实践上将液体冷却超导线圈一体并入FCL设计， 低温箱在实践上大多是双层壁式低温箱。这使得从大气环境电馈入制冷环境的设计变得 简单。由于所述电馈入的低压/低电流，其可脱离来自诸如Ceramaseal、Kurt J Lesker, Leybold、以及ISI等的配电盘的搁架。在实际情况中的优选实施例中，采用液体冷却剂的一个优点是该装置对于机械 损坏的敏感性变小。冷却剂可以存储在单独的存储容器中，在低温箱自身内部，可以设计内 在的缓冲物。为了清楚起见而未在图1中示出的是在铁芯和AC相位线圈之间、不同相的AC相 位线圈之间、所有相位线圈和基本处于接地电位的容纳容器之间的圆筒形或其他理想外形的静电相隔障。将能认识到的是该低温箱与所建议的铁芯结构的一体化是直截了当的设 计，且高压相隔障与介电流体的明智的结合使用使得其成为高压FCL实际可靠的设计。在超高压设计中，相位线圈相互间可处于甚至更远的距离，以更有利于实际的静 电设计。在这样的布置中，使铁芯和相位线圈保持更远的距离，以允许高压工程师装进额外 的需要的静电绝缘隔障。这允许介电绝缘液体或气体被精细地分为甚至多个通道，这为优 化电应力以及使用的特定介电流体时优化介电击穿应力提供了相当大的范围。在所有考虑过的设计变型中，任何情况下，如果DC饱和元件出现任何故障，本领 域技术人员将能认识到的是，故障限流器本质上作为铁芯电抗器，且如果设计合理，不需要 使FCL结构停止运行。可能的故障机构包括电源、超导线圈、低温冷却器、真空容器。现将对于高压设计领域技术人员熟知的是介电流体和正常大气之间的介面是高 电应力的区域，并受到电场加强效应。该加强与介电流体和空气之间的介电常数的比成比 例。这里所述的高电压或超电压FCL整体布置允许高压设计工程师在相当大的范围内设计 合适的静电隔障和成形蠕变应力绝缘体，以应付所述效应。此外，低温箱(其处于接地电 位)和介电流体的表面之间的距离可以根据需要做得足够长，以应付预期的电场应力。当然，如本领域所熟知的，设计良好的固体型电场应力绝缘隔障的使用也可以用 在低温箱的下表面(接地电位)和电介质的表面之间。所述隔障必须设计成使得蠕变电压 和最大应力处于所选材料的容许范围内。此外，如在传统高压变压器中常常采用的那样，流体电介质和整个包覆容器上部 之间的空间可填充干的惰性气体。典型地，在高压变压器的液体电介质(例如合成油)的 顶部和容纳容器的顶盖之间使用例如气态氮。这对静电设计而言赋予其优势。对于高压工 程师来说，相位线圈导体的合理路径是另一设计问题，由于用于每对线圈上的相导体和管 套处于相同电压电位，它们可设置为彼此相对接近。但是，每对相导体之间的距离和静电绝 缘隔障必须设计为与所使用的介电流体相适应。也将能注意到的是，不像高压变压器中那样，高压管套的容器侧将需要自始至终 围绕高压导体并向下直到介电流体的合适的电应力隔障。所述布置的另一优点是在本设计中使用的高压相管套的顶部可以是标准高压管 套，而没有任何真空馈入或低温馈入的要求或定制。仅需要定制电导体的电应力隔障的介 电侧的延伸部。该延伸部可可以是陶瓷或其他适当的材料。电应力隔障可延伸到介电流体 中，因而所选的材料必须与这种情况下的流体相称，但这不是实质性的。如所熟知的，应该避免如所述现有技术中高压设备中出现的尖锐的角。因而，相导 体必须制造为半径适合于设计电压(即BIL)、所使用的介电流体，以及所选低温箱和相位 线圈的特定几何布置的相导体。此外，如果由不锈钢或其他适合的导电性材料制造，低温箱 壳体应该制造为与相电压、BIL、或考虑中的距离相适应的具有最小半径的圆角。如果低温箱采用GFRP、塑料或其他基本不导电的材料制成，那么静电电场分布需 要如此布置和设计使得穿过低温箱表面的蠕变电压处于绝缘体/电介质介面的设计容许 度内。如果低温箱采用混合技术制成，例如不锈钢的外部壳体和采用GFRP或其他不导 电材料制成的内部壳体，由于针对所有适当静电效应的考虑，那么静电电场必须如此设计， 即包括但不限于以下因素高压导体和低温箱导电部分之间的适宜介电间隙、低温箱金属部分尖锐角度的消除、固体绝缘材料的适宜布置以使得横穿低温箱电绝缘部分的蠕变电压 与锁使用的电介质及绝缘材料相适应。所披露的提供用于高压FCL的布置允许高压设计工程师有机会采用高压工程中 的现有技术制造DC饱和型高压FCL。由于现有高压设计技术可以直接用于实现具有DC饱 和线圈的高压FCL设计，这里提出的设计是有利的。一种设计能够容易地使用非定制部件 来制造高压FCL。明显的是，在需要的时候，当前布置可以扩展到低压系统。此外，如将要描述的，优 选实施例可扩展到多相布置。图3示出了可能在实际中利用的多相布置的一种形式的侧视立体图。在布置40 中，具有41 46六个相位线圈，各相均具有输入线圈和输出线圈。各相位线圈通过例如48 的高压AC导线与相应的例如49的高压管套和端子互连。各相位线圈围着相应的例如51 的铁芯卷绕。DC偏置线圈52构造在低温箱53中，线圈52通过端子56、57而得到供电，液 体氮通过软管58、59供入低温箱。相位线圈41 46保持在介电流体介质60中，而低温箱保持在介电流体介质60 的上方。图4示出了与图3中布置相近似的布置。但是如图4所示，在该布置中，低温箱70 是通过冷却剂注入口 71，而不是通过冷却气体软管填充。现请参见图5，其示出了另一改进实施例81，其中，相位线圈82围绕铁芯的下芯柱 设置。此布置具有的优点为可能仅需填充可能较少的介电流体以完全覆盖AC线圈，因而 可获得更紧凑的结构。当然，本领域技术人员将能认识到，该布置的静电设计的细节可不同于前面所述 的布置。进一步改进实施例是可能的。下面将结合图6描述实例的改进实施例。实施例90 旨在使通过高磁导率结构的磁力线密度损耗最小化。所述损耗一般由于下面两个主要效 应1.围绕DC偏置线圈91的磁场的磁力线的边缘化(fringing)以及通过纯大气通 道的返回；2.部分空气/铁芯磁力线返回，其中，磁力线进入顶轭，但通过大气通道而不是完 整的高磁导率通道返回。通过初步调查，针对下述结构进行了 FEA分析窗口尺寸宽度=450mm，窗口尺寸 高度=650，材料M6层叠铁芯，用于构造铁芯的层叠结构0. 35阶梯互搭铁芯结构，铁芯的 最终横截面积100mmX 100mm，铁芯总高度850mm，铁芯总宽度650mm。通过这样的模拟结构发现在远的芯柱和轭中，磁力线密度损耗如下内部芯柱 磁力线密度=2. 35特斯拉，轭的磁力线密度=1.97特斯拉，外部芯柱磁力线密度=1.95 特斯拉。克服上述效应的一种方法是提供额外的安培匝，以使得外部芯柱部分偏置对于 FCL工作达到令人满意的水平(例如1.95特斯拉)。但是，作为这一方式(例如，采用更多 的偏置安培匝)的替换，实用的是在靠近偏置线圈91的近侧边芯柱上设置例如93的AC线 圈，如图6所示。以这种方式，AC线圈下面紧挨着的芯柱中的磁力线密度与DC线圈下面紧挨着的芯柱基本相同。这一技术的附加优点是在故障限制瞬间，AC线圈中的磁力线更有 效地抵消了铁芯中的磁力线，这具有多个好处更小的占据空间、将铁芯偏置到使整个铁芯 有效饱和所需水平上所需的导体减少。在另一个改进实施例中，实际的饱和铁芯型FCL还可构造为在部分铁芯布置中仅 有中心芯柱。在该部分铁芯实施例中，各铁芯的外芯柱和轭可以取消。 现请参见图7，其中示出了另一改进实施例，其中，例如101的铁芯由采用M6层叠 结构的单个细长层叠铁芯构成。在每个铁芯的一端，形成有例如102的高压AC相位线圈， 六个铁芯中的每个均通过可包括DC超导线圈103的饱和线圈。超导线圈103保持所述铁 芯饱和。此另一改进实施例具有额外的优点通过不具有轭和外部芯柱，需要较小的质量、 较小的占据空间，因此建造费用减小。图7还示出了另一多相实施例109，其中示出了例如110的完整浸没的DC线圈低 温箱以及例如111的AC相位线圈。在该优选实施例中，AC线圈分别穿过DC和AC芯柱的 最大高度延伸。这确保了 与AC线圈不延伸到铁芯窗框实际允许的最大高度的情况相比， 在故障时最大体积的磁导铁芯材料能被去饱和，并能得到更好的故障处理能力。前述内容描述了本发明的优选特征，在不脱离本发明保护范围的前提下，可进行 对于本领域技术人员而言明显的改进。
权利要求
一种故障限流器，包括铁磁线路，其由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱和第二芯柱；围绕所述第一芯柱的饱和机构，用于磁饱和所述铁磁材料；绕所述第二芯柱卷绕的相位线圈；包围所述相位线圈的介电流体；以及包围所述饱和机构的气体环境。
2.如权利要求1所述的故障限流器，其中，所述饱和机构包括互连至DC电源的冷却的 超导线圈。
3.如权利要求2所述的故障限流器，其中，所述超导线圈在低温箱内。
4.如权利要求1所述的故障限流器，还包括 用于容纳限流器部件的外部容器，安装在所述外部容器上的一系列端子，其中所述相位线圈包括互连到所述端子中的预 定端子上的AC输入引线和AC输出引线。
5.如权利要求4所述的故障限流器，还包括互连到所述饱和机构的低温制冷供应软管。
6.如权利要求1所述的故障限流器，其中，所述限流器还用于多相电源，以限制所述电 源的各相。
7.如权利要求6所述的故障限流器，其中，单个饱和机构围绕所述多相电源的每个相 的铁磁线路。
8.如权利要求1所述的故障限流器，其中，所述饱和机构和所述相位线圈围绕所述铁 磁材料的同一细长部分形成。
9.如权利要求8所述的故障限流器，其中，所述饱和机构围绕所述细长部分的近端形 成，相位线圈围绕所述细长部分的远端形成。
10.如权利要求8所述的故障限流器，其中，所述铁磁线路包括铁磁材料的单个细长部分。
11.如权利要求1所述的故障限流器，其中，所述铁磁线路包括相互平行的第一芯柱、 第二芯柱和第三芯柱，所述相位线圈的一部分卷绕所述第一芯柱和第二芯柱，所述饱和机 构卷绕所述第三芯柱。
12.—种故障限流器，包括铁磁线路，其由铁磁材料形成，且包括至少第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱；围绕所述芯柱的饱和机构，用于磁饱和所述铁磁材料； 绕所述第二芯柱卷绕的第一相位线圈； 包裹所述第三芯柱的第二相位线圈； 包裹所述第四芯柱卷绕的第三相位线圈；以及 包围所述相位线圈的介电流体；以及 包围所述饱和机构的气体环境。
13.如权利要求12所述的限流器，其中，所述饱和机构包括在低温箱内绕所述第一芯 柱卷绕的超导线圈。
14.一种故障限流器，包括铁磁线路，其由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱和第二芯柱； 围绕所述第一芯柱的饱和机构，用于在无故障状态下磁饱和所述铁磁材料； 至少一个卷绕所述第二芯柱的相位线圈；以及 包围所述相位线圈的介电流体。
15.如权利要求14所述的故障限流器，其中所述第一和第二芯柱彼此相互靠近，所述饱和机构和所述相位线圈具有大致相同的尺 寸或范围。
16.如上述权利要求中任一权利要求所述的故障限流器，其还具有大致为33KV 750KV的正常工作范围。
全文摘要
本发明公开一种故障限流器，该限流器包括铁磁线路，该铁磁线路由铁磁材料制成，且包括至少第一芯柱和第二芯柱；围绕所述一个芯柱的饱和机构，用于使所述铁磁材料磁饱和；卷绕所述第二芯柱的相位线圈；包围所述相位线圈的介电流体，包围所述饱和机构的气体环境。
文档编号H01L39/24GK101878572SQ200880118087
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者弗朗西斯·安东尼·达曼 申请人:全能智电力股份有限公司