电感与电阻复合型超导电抗器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电感与电阻复合型超导电抗器，其技术要点为：主要包括超导电感线圈，超导无感线圈，低温杜瓦部件，低温绝缘套管，超导二元电流引线，超导过渡导线和低温制冷剂管道；超导电感线圈和超导无感线圈均完全浸泡在低温杜瓦部件内的低温制冷剂中；低温绝缘套管、超导二元电流引线和低温制冷剂管道均与低温杜瓦部件的密封盖板相连；超导电感线圈通过超导过渡导线与超导无感线圈串联相连后，再与超导二元电流引线相连，从而形成具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器，其兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，可同时具备电力系统限流和功率补偿功能、及高效中性点接地功能。
【专利说明】电感与电阻复合型超导电抗器
【技术领域】
[0001]本发明涉及于电力系统领域，特别涉及一种用于电力系统限流、功率补偿、及中性点接地的电抗器。
【背景技术】
[0002]具有电力系统功率补偿或限流功能的电抗器，在电力输配电系统及电力装置系统中具有广泛的应用。特别是具有非常高的允许工作电流密度和近似为零的电阻率的超导材料的引入，使得由超导导线绕制而成的超导电抗器具有常规铜或铝电抗器无法实现的技术优点，如工作电流大、运行损耗低、体积小、重量轻等。
[0003]目前，在高压交流输电系统中应用的具有无功功率补偿或短路故障限流功能的超导电抗器、及在高压直流输电系统中应用的具有电压波动补偿或短路故障限流功能的超导电抗器的相关研究已取得一定的进展。但是，目前仍没有同时具备电力系统补偿和限流功能的超导电抗器，尤其是没有涉及到电感与电阻复合型超导电抗器的实用技术方案。此外，利用超导导线的失超特性研制而成的具有可变电阻量的超导无感线圈装置也在电力系统短路故障限流中得以实际应用，但超导无感线圈装置不具备电力系统补偿功能。至于目前的变压器中性点接地电抗器，由于传统导线电阻的存在，无法解决有效接地和满足限流高阻抗要求之间的矛盾。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于电力系统限流、功率补偿、及中性点接地的具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种电感与电阻复合型超导电抗器，包括:
超导电感线圈部，包括一超导电感线圈，超导电感线圈的绕线骨架，用于安装固定超导电感线圈的上支撑板、下支撑板，所述上支撑板与下支撑板通过联接螺杆连接；
超导无感线圈部，包括一超导无感线圈，超导无感线圈的绕线骨架，用于安装固定超导无感线圈的上支撑板、下支撑板，所述上支撑板与下支撑板通过联接螺杆连接；
还包括低温杜瓦部件，所述低温杜瓦部件上方设有密封盖板，所述超导电感线圈部和超导无感线圈部均完全浸泡在低温杜瓦部件内的低温制冷剂中，且所述超导电感线圈部和超导无感线圈部通过联接螺杆连接固定后，再通过另一联接螺杆安装固定在密封盖板上；低温制冷剂的进液管道与低温制冷剂的出液管道分别设置在所述密封盖板上，并伸入至低温杜瓦部件内部，同时与位于低温杜瓦部件外部的低温制冷系统相连，组成低温制冷剂循环制冷回路，用于冷却超导电感线圈与超导无感线圈；
还包括超导二元电流引线部件，所述超导二元电流引线部件安装固定在密封盖板上的低温绝缘套管内，其下部位于低温杜瓦部件的内部，上部与低温绝缘套管相连；所述超导电感线圈通过超导过渡导线与超导无感线圈串联相连后，再与超导二元电流引线的下部相连，超导二元电流引线的上部还与位于低温杜瓦部件外部的交流或直流电网系统相连。
[0006]本发明提出的用于电力系统限流、补偿及中性点接地的电感与电阻复合型超导电抗器，主要包括超导电感线圈，超导无感线圈，低温杜瓦部件，低温绝缘套管，超导二元电流引线，超导过渡导线和低温制冷剂管道；超导电感线圈和超导无感线圈均完全浸泡在低温杜瓦部件内的低温制冷剂中；低温绝缘套管、超导二元电流引线和低温制冷剂管道均安装在低温杜瓦部件的密封盖板上；超导电感线圈通过超导过渡导线与超导无感线圈串联相连后，再与超导二元电流引线相连，从而形成具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器。其兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，可同时具备电力系统限流和功率补偿功能、及高效中性点接地功能。
[0007]优选的，所述超导电感线圈和超导无感线圈均由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线绕制而成。
[0008]优选的，所述超导过渡导线为由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线构成的超导长导线；所述超导二元电流引线的上部为由铜或银导线构成的长导线，下部为由BSCC0、YBC0或MgB2超导导线构成的超导长导线；所述超导二元电流引线结构有效降低了低温杜瓦部件的热泄露，提高了整个系统的运行效率。
[0009]优选的，所述超导电感线圈的绕线骨架和超导无感线圈的绕线骨架均为圆环形结构或跑道形结构；所述圆环形结构骨架绕制的线圈具有良好的机械强度，电磁应力分布均匀，避免了因局部应力过大造成的线圈损伤或性能衰退问题；所述跑道形结构骨架绕制的线圈的绝大部分内部导线具有相互平行的位置关系，更利于调整超导无感线圈的绝大部分内部导线与超导电感线圈的中心轴线的相对角度，改变超导电感线圈产生的磁场对超导无感线圈的电阻大小的影响。
[0010]优选的，所述超导电感线圈为具有长方形横截面的螺线管线圈；所述具有长方形横截面的螺线管线圈的端部还可以安装分磁器，以减小端部区域的垂直超导导线表面的磁场分量，进而增大螺线管线圈的临界电流，减小螺线管线圈的运行能量损耗；所述分磁器为由硅钢片、矽钢片、非晶合金等高磁导率材料构成的圆盘薄片或圆环薄片。
[0011]优选的，所述超导电感线圈为具有阶梯形横截面的螺线管线圈，所述具有阶梯形横截面的螺线管由若干个具有不同内直径、相同外直径的螺线管单元重叠构成，位于螺线管端部的螺线管单元的内直径最大，并依次向螺线管中部递减；与具有长方形横截面的螺线管线圈相比，所述具有阶梯形横截面的螺线管的端部区域的垂直超导导线表面的磁场分量更小，进而增大螺线管线圈的临界电流，减小螺线管线圈的运行能量损耗。
[0012]优选的，所述超导无感线圈由两根超导导线并行绕制而成，其中一根超导导线正向绕制螺线管单元，另一根超导导线反向绕制螺线管单元；所述正向绕制的螺线管单元和反向绕制的螺线管单元的同名端相连；其中，所述无感线圈的电阻为正向绕制的螺线管单元的电阻和反向绕制的螺线管单元的电阻之和。
[0013]优选的，所述超导无感线圈安装在超导电感线圈的外面，并利用具有圆盘薄片结构的分磁器屏蔽超导电感线圈产生的磁场对超导无感线圈的电阻大小的影响，进而实现超导电感线圈和超导无感线圈相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0014]优选的，所述超导无感线圈安装在超导电感线圈的内腔的中间位置，超导电感线圈产生的磁场作为超导电感线圈的背景磁场；调整超导无感线圈的安装方向，改变超导电感线圈产生的磁场对超导无感线圈的电阻大小的影响，进而实现超导无感线圈受到超导电感线圈的磁场影响的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:1.本发明兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，具备更高效的电力系统功率补偿、限流和接地功能。
[0016]2.本发明采用了具有阶梯形横截面的螺线管线圈结构，或在具有长方形横截面的螺线管线圈端部安装改变端部磁场方向的分磁器，可以有效增大超导电抗器的临界电流，进而提高了电力系统功率补偿应用中的最大允许的输入或输出功率，降低了超导电抗器的运行损耗，提升了超导电抗器的运行效率。
[0017]3.本发明利用超导电感线圈产生的磁场作为超导无感线圈的背景磁场，当电力系统出现短路故障时，超导电感线圈产生的磁场可以加剧超导无感线圈的失超，从而获得急剧增大的超导无感线圈的电阻，最终有效限制短路故障电流。
[0018]4.本发明解决了传统导线的变压器中性点接地电抗器中的有效接地和满足限流高阻抗要求之间的矛盾。
[0019]【专利附图】
【附图说明】:
图1是超导电感线圈和超导无感线圈相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器结构图；
图2是超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互垂直的电感与电阻复合型超导电抗器结构图；
图3是超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互平行的电感与电阻复合型超导电抗器结构图；
图4是超导电感线圈和超导无感线圈的圆环形绕线骨架及线圈的俯视示意图；
图5是超导电感线圈和超导无感线圈的跑道形绕线骨架及线圈的俯视示意图；
图6是超导电感线圈和超导无感线圈的内部电路连接原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本发明的范围。
[0021]本发明提供一种同时具备了电力系统限流、补偿及中性点接地的具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器。本发明兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，具备更高效的电力系统功率补偿、限流和接地功能。
[0022]如图1所示，本发明提出电感与电阻复合型超导电抗器，包括:超导电感线圈部，包括一超导电感线圈1，超导电感线圈I的绕线骨架2，用于安装固定超导电感线圈I的上支撑板3、下支撑板4，所述上支撑板3与下支撑板4通过联接螺杆5连接；超导无感线圈部，包括一超导无感线圈6，超导无感线圈6的绕线骨架7，用于安装固定超导无感线圈6的上支撑板8、下支撑板9，所述上支撑板8与下支撑板9通过联接螺杆10连接；还包括低温杜瓦部件12，所述低温杜瓦部件上方设有密封盖板13，所述超导电感线圈部和超导无感线圈部均完全浸泡在低温杜瓦部件12内的低温制冷剂中，且所述超导电感线圈部和超导无感线圈部通过联接螺杆11连接固定后，再通过另一联接螺杆14安装固定在密封盖板13上；低温制冷剂的进液管道18与低温制冷剂的出液管道19分别设置在所述密封盖板13上，并伸入至低温杜瓦部件12内部，同时与位于低温杜瓦部件12外部的低温制冷系统相连，组成低温制冷剂循环制冷回路，用于冷却超导电感线圈I与超导无感线圈6 ;还包括超导二元电流引线部件16，所述超导二元电流引线部件16安装固定在密封盖板13上的低温绝缘套管15内，其下部位于低温杜瓦部件12的内部，上部与低温绝缘套管15相连；所述超导电感线圈I通过超导过渡导线17与超导无感线圈6串联相连后，再与超导二元电流引线16的下部相连，超导二元电流引线16的上部还与位于低温杜瓦部件12外部的交流或直流电网系统相连。
[0023]本发明提出的用于电力系统限流、补偿及中性点接地的电感与电阻复合型超导电抗器，主要包括超导电感线圈，超导无感线圈，低温杜瓦部件，低温绝缘套管，超导二元电流引线，超导过渡导线和低温制冷剂管道；超导电感线圈和超导无感线圈均完全浸泡在低温杜瓦部件内的低温制冷剂中；低温绝缘套管、超导二元电流引线和低温制冷剂管道均与低温杜瓦部件的密封盖板相连；超导电感线圈通过超导过渡导线与超导无感线圈串联相连后，再与超导二元电流引线相连，从而形成具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器。其兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，具备更高效的电力系统功率补偿、限流和接地功能。
[0024]具体的，所述超导电感线圈I和超导无感线圈6均由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线绕制而成。所述超导过渡导线17为由BSCC0、YBC0或MgB2超导导线构成的超导长导线；所述超导二元电流引线16的上部为由铜或银导线构成的长导线，下部为由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线构成的超导长导线；所述超导二元电流引线结构有效降低了低温杜瓦部件的热泄露，提高了整个系统的运行效率。
[0025]优选的，所述超导电感线圈I的绕线骨架2和超导无感线圈6的绕线骨架7均为圆环形结构或跑道形结构；所述圆环形结构骨架绕制的线圈具有良好的机械强度，电磁应力分布均匀，避免了因局部应力过大造成的线圈损伤或性能衰退问题；所述跑道形结构骨架绕制的线圈的绝大部分内部导线具有相互平行的位置关系，更利于调整超导无感线圈6的绝大部分内部导线与超导电感线圈I的中心轴线的相对角度，改变超导电感线圈I产生的磁场对超导无感线圈6的电阻大小的影响。
[0026]优选的，所述超导电感线圈I为具有长方形横截面的螺线管线圈；所述具有长方形横截面的螺线管线圈的端部还可以安装分磁器20，以减小端部区域的垂直超导导线表面的磁场分量，进而增大螺线管线圈的临界电流，减小螺线管线圈的运行能量损耗；所述分磁器20为由硅钢片、矽钢片、非晶合金等高磁导率材料构成的圆盘薄片或圆环薄片。
[0027]优选的，所述超导电感线圈I为具有阶梯形横截面的螺线管线圈，所述具有阶梯形横截面的螺线管由若干个具有不同内直径、相同外直径的螺线管单元重叠构成，位于螺线管端部的螺线管单元的内直径最大，并依次向螺线管中部递减；与具有长方形横截面的螺线管线圈相比，所述具有阶梯形横截面的螺线管的端部区域的垂直超导导线表面的磁场分量更小，进而增大螺线管线圈的临界电流，减小螺线管线圈的运行能量损耗。
[0028]优选的，所述超导无感线圈6由两根超导导线并行绕制而成，其中一根超导导线正向绕制螺线管单元21，另一根超导导线反向绕制螺线管单元22 ;所述正向绕制的螺线管单元21和反向绕制的螺线管单元22的同名端相连，以抵消各自产生的磁场，进而实现具有电感量为零的无感线圈；其中，所述无感线圈的电阻为正向绕制的螺线管单元21的电阻和反向绕制的螺线管单元22的电阻之和。
[0029]优选的，所述超导无感线圈6安装在超导电感线圈I的外面，并利用具有圆盘薄片结构的分磁器20屏蔽超导电感线圈I产生的磁场对超导无感线圈6的电阻大小的影响，进而实现超导电感线圈I和超导无感线圈6相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0030]优选的，所述超导无感线圈6安装在超导电感线圈I的内腔的中间位置，超导电感线圈I产生的磁场作为超导电感线圈I的背景磁场；调整超导无感线圈(6)的安装方向，改变超导电感线圈I产生的磁场对超导无感线圈6的电阻大小的影响,进而实现超导无感线圈6受到超导电感线圈I的磁场影响的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0031]本发明中所述超导无感线圈整体还可以安装在超导电感线圈整体的内腔的中间位置，并调整超导无感线圈(6)的安装方向，改变超导电感线圈产生的磁场对超导无感线圈的影响，进而实现超导电感线圈和超导无感线圈相互影响的电感与电阻复合型超导电抗器；超导电感线圈的接线端子与超导无感线圈的接线端子串联连接后，再通过超导过渡导线与超导二元电流引线的下部相连，进而组成具有固定电感值和可变电阻值的电感与电阻复合型超导电抗器。下面再进一步具体说明本发明。
[0032]如图1、图4、图6所示，本发明实施例1中，针对高压交流输电系统中的无功功率补偿和输电线路短路故障限流应用，利用本发明的超导电感线圈和超导无感线圈相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器对高压交流输电系统正常运行过程中的实时无功功率进行有效补偿，同时对高压交流输电系统故障运行过程中的短路故障电流进行有效限制。系统包括超导电感线圈，超导电感线圈的绕线骨架，超导电感线圈的上支撑板，超导电感线圈的下支撑板，上支撑板与下支撑板之间的联接螺杆，超导无感线圈，超导无感线圈的绕线骨架，超导无感线圈的上支撑板，超导无感线圈的下支撑板，上支撑板与下支撑板之间的联接螺杆，超导无感线圈的上支撑板或下支撑板与超导电感线圈的上支撑板之间的联接螺杆，低温杜瓦部件，低温杜瓦部件的盖板，盖板与上支撑板之间螺杆连接，低温绝缘套管，超导二元电流引线，超导电感线圈和超导无感线圈的接线端子与超导二元电流引线之间的超导过渡导线，低温制冷剂的进液管道，低温制冷剂的出液管道，及分磁器。
[0033]所述超导电感线圈和超导无感线圈均由BSCCO超导导线绕制而成。所述超导过渡导线为由BSCCO超导导线构成的超导长导线。所述超导二元电流引线的上部为由铜导线构成的长导线，下部为由BSCCO超导导线构成的超导长导线；所述低温制冷剂为低温液氮。所述超导无感线圈和超导电感线圈的绕线骨架均为圆环形结构。所述超导电感线圈为具有长方形横截面的螺线管线圈。所述分磁器为由硅钢片材料构成的圆盘薄片，安装在螺线管线圈的上、下端部位置。受到超导导线的各向异性的影响，相同大小的垂直导线表面的垂直磁场分量要比平行导线表面的平行磁场分量对超导电感线圈的临界电流衰减更严重。一方面，分磁器可以改变端部磁场的方向，即增大平行磁场分量并减小垂直磁场分量，最终提高超导电感线圈的临界电流。这样，电感与电阻复合型超导电抗器就可以提供非常高的无功功率补偿，以满足高压交流输电系统正常运行中的无功功率补偿需求；同时，还能保证超导电感线圈的实际运行电流低于其临界电流，可以保持超导电感线圈的近似零电阻、近似零能量损耗的超导特性，最终提高电感与电阻复合型超导电抗器的运行效率。另一方面，分磁器还可以屏蔽超导电感线圈产生的磁场对超导无感线圈的电阻大小的影响，进而实现超导电感线圈和超导无感线圈相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器。
[0034]超导电感线圈的电感值为Z3，电阻值为怂。超导无感线圈中的正向绕制的螺线管单元的电感值为Z1,电阻值为％。超导无感线圈中的反向绕制的螺线管单元的电感值为Z2,电阻值为弋。由于正向绕制的螺线管单元和反向绕制的螺线管单元由并行的两根超导导线绕制而成，两个螺线管单元的电感值和电阻值完全相等，即Z1=Z2A1=/^两个螺线管单元的同名端相连，实现了具有电感量为零的无感线圈。超导无感线圈的电阻值为两个螺线管单元的电阻值之和，即2/^*2/^。
[0035]在高压交流输电系统的正常运行过程中，超导电感线圈和超导无感线圈的实际运行电流均低于其临界电流，两者的电阻之和近似为零，整个电感与电阻复合型超导电抗器对外表现为一个电感值为Z3的超导电感线圈。在高压交流输电系统的故障运行过程中，超导电感线圈的实际运行电流低于其临界电流，电阻值怂近似为零，但超导无感线圈的实际运行电流高于其临界电流，两个螺线管单元的电阻值之和2RX或W2急剧增大，整个电感与电阻复合型超导电抗器对外表现为一个电感值为A、电阻值为2ZP1或27?2的超导电感线圈。
[0036]如图2、图4、图5、图6所示，本发明实施例2中，针对高压交流输电系统中的三相变压器短路故障限流应用，利用本发明的超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互垂直的电感与电阻复合型超导电抗器对高压交流输电系统的三相变压器短路故障运行过程中的短路故障电流进行有效限制。
[0037]与实施例1的不同之处仅在于:所述超导电感线圈和超导无感线圈均由YBCO超导导线绕制而成。所述超导过渡导线为由YBCO超导导线构成的超导长导线。所述超导二元电流引线的上部为由铜导线构成的长导线，下部为由YBCO超导导线构成的超导长导线。所述低温制冷剂为低温液氮。所述超导无感线圈的绕线骨架为跑道形结构，超导电感线圈的绕线骨架为圆环形结构。所述分磁器为由矽钢片材料构成的圆环薄片，安装在螺线管线圈的上、下端部位置。所述超导无感线圈安装在超导电感线圈的内腔的中间位置，超导电感线圈产生的磁场作为超导无感线圈的背景磁场。超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互垂直。由于超导无感线圈为跑道形结构，超导无感线圈的绝大部分背景磁场为垂直导线表面的垂直磁场分量，相应的平行磁场分量为零。这样，当高压交流输电系统出现三相变压器发生短路故障时，超导电感线圈产生的磁场可以最大程度地加剧超导无感线圈的失超，从而获得急剧增大的超导无感线圈的电阻值27^*2%，最终有效限制三相变压器短路故障运行过程中的短路故障电流。
[0038]如图2、图5、图6所示。本发明实施例3中，针对高压交流输电系统中的变压器中性点接地应用，利用本发明的超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互垂直的电感与电阻复合型超导电抗器对高压交流输电系统的变压器中性点进行有效接地，同时对高压直流输电系统出现单相接地短路故障运行过程中的变压器中性点接地故障电流进行有效限制。
[0039]与实施例1的不同之处仅在于:所述超导电感线圈由YBCO超导导线绕制而成。所述超导无感线圈由BSCCO超导导线绕制而成。所述超导过渡导线为由YBCO超导导线构成的超导长导线。所述超导二元电流引线的上部为由银导线构成的长导线，下部为由YBCO超导导线构成的超导长导线。所述低温制冷剂为低温液氢。所述超导无感线圈和超导电感线圈的绕线骨架均为跑道形结构。所述分磁器为由非晶合金材料构成的圆环薄片，安装在螺线管线圈的上、下端部位置。所述超导无感线圈安装在超导电感线圈的内腔的中间位置，超导电感线圈产生的磁场作为超导无感线圈的背景磁场。超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互垂直。由于超导无感线圈为跑道形结构，超导无感线圈的绝大部分背景磁场为垂直导线表面的垂直磁场分量，相应的平行磁场分量为零。这样，当高压交流输电系统出现单相接地短路故障时,超导电感线圈产生的磁场可以最大程度地加剧超导无感线圈的失超，获得急剧增大的超导无感线圈的电阻值2/^或2/?2，最终有效限制变压器中性点接地故障电流。当高压交流输电系统正常运行时，超导无感线圈始终处于超导状态，其电阻值W1或2R2近似为零，可以忽略不计。这样，变压器中性点将通过超导电感线圈实现有效接地，同时避免了传统中性点接地电抗器内阻带来的运行损耗。综上所述，电感与电阻复合型超导电抗器可以有效解决传统导线的变压器中性点接地电抗器中的有效接地和满足限流高阻抗要求之间的矛盾。
[0040]如图3、图4、图6所示。本发明实施例4中，针对高压直流输电系统中的电压波动补偿和输电线路短路故障限流应用，利用本发明的超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互平行的电感与电阻复合型超导电抗器对高压直流输电系统正常运行过程中的实时电压波动进行有效补偿，同时对高压直流输电系统故障运行过程中的短路故障电流进行有效限制。
[0041]与实施例1的不同之处仅在于:所述超导电感线圈和超导无感线圈均由MgB2超导导线绕制而成。所述超导过渡导线为由1882超导导线构成的超导长导线。所述超导二元电流引线的上部为由银导线构成的长导线，下部为由YBCO超导导线构成的超导长导线；所述低温制冷剂为低温液氦。所述超导无感线圈和超导电感线圈的绕线骨架均为圆环形结构。所述超导电感线圈为具有阶梯形横截面的螺线管线圈。所述超导无感线圈的中心轴线与超导电感线圈的中心轴线相互平行。由于超导无感线圈为圆环形结构，超导无感线圈的绝大部分背景磁场为平行导线表面的平行磁场分量，相应的垂直磁场分量为零。这样，当高压直流输电系统出现输电线路的短路故障时，超导电感线圈产生的磁场可以最小程度地加剧超导无感线圈的失超，从而获得缓慢增大的超导无感线圈的电阻值2R,或2/?2，逐渐限制输电线路短路故障运行过程中的短路故障电流。
[0042]本发明具有如下优点:本发明兼顾了单一的超导电抗器的固定电感值和单一的超导无感线圈的可变电阻值的应用特点，可同时具备电力系统限流和功率补偿功能、及高效中性点接地功能。
[0043]同时，本发明采用了具有阶梯形横截面的螺线管线圈结构，或在具有长方形横截面的螺线管线圈端部安装改变端部磁场方向的分磁器，有效增大了超导电抗器的临界电流，进而提高了电力系统补偿应用中的最大允许的输入或输出功率，降低了超导电抗器的运行损耗，提升了超导电抗器的运行效率。
[0044]另外，本发明利用超导电感线圈产生的磁场作为超导电感线圈的背景磁场，当电力系统出现短路故障时，超导电感线圈产生的磁场可以加剧超导无感线圈的失超，从而获得急剧增大的超导无感线圈的电阻值，最终有效限制短路故障电流。
[0045]上面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以做出各种修改或改型。
【权利要求】
1.一种电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:包括: 超导电感线圈部，包括一超导电感线圈(I)，超导电感线圈⑴的绕线骨架(2)，用于安装固定超导电感线圈(I)的上支撑板(3)、下支撑板(4)，所述上支撑板(3)与下支撑板(4)通过联接螺杆(5)连接； 超导无感线圈部，包括一超导无感线圈(6)，超导无感线圈(6)的绕线骨架(7)，用于安装固定超导无感线圈(6)的上支撑板(8)、下支撑板(9)，所述上支撑板(8)与下支撑板(9)通过联接螺杆(10)连接； 还包括低温杜瓦部件(12)，所述低温杜瓦部件上方设有密封盖板(13)，所述超导电感线圈部和超导无感线圈部均完全浸泡在低温杜瓦部件(12)内的低温制冷剂中，且所述超导电感线圈部和超导无感线圈部通过联接螺杆(11)连接固定后，再通过另一联接螺杆(14)安装固定在密封盖板上；低温制冷剂的进液管道(18)与低温制冷剂的出液管道(19)分别设置在所述密封盖板(13)上，并伸入至低温杜瓦部件(12)内部，同时与位于低温杜瓦部件(12)外部的低温制冷系统相连，组成低温制冷剂循环制冷回路，用于冷却超导电感线圈⑴与超导无感线圈(6)； 还包括超导二元电流引线部件(16)，所述超导二元电流引线部件(16)安装固定在密封盖板(13)上的低温绝缘套管(15)内，其下部位于低温杜瓦部件(12)的内部，上部与低温绝缘套管(15)相连 ；所述超导电感线圈(I)通过超导过渡导线(17)与超导无感线圈(6)串联相连后，再与超导二元电流引线(16)的下部相连，超导二元电流引线(16)的上部还与位于低温杜瓦部件(12)外部的交流或直流电网系统相连。
2.根据权利要求1所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导电感线圈(I)和超导无感线圈(6)均由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线绕制而成。
3.根据权利要求1所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导过渡导线(17)为由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线构成的超导长导线；所述超导二元电流引线(16)的上部为由铜或银导线构成的长导线，下部为由BSCCO、YBCO或MgB2超导导线构成的超导长导线。
4.根据权利要求1所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导电感线圈(I)的绕线骨架(2)和超导无感线圈(6)的绕线骨架(7)均为圆环形结构或跑道形结构。
5.根据权利要求1所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导电感线圈(I)为具有阶梯形横截面的螺线管线圈，或为具有长方形横截面的螺线管线圈。
6.根据权利要求5所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述具有阶梯形横截面的螺线管由若干个具有不同内直径、相同外直径的螺线管单元重叠构成，位于螺线管端部的螺线管单元的内直径最大，并依次向螺线管中部递减；所述具有长方形横截面的螺线管线圈由若干个具有相同内直径、相同外直径的螺线管单元重叠构成；所述具有长方形横截面的螺线管线圈的端部还可以安装分磁器(20)，以减小端部区域的垂直超导导线表面的磁场分量，进而增大螺线管线圈的临界电流，减小螺线管线圈的运行能量损耗；所述分磁器(20)为由硅钢片、矽钢片、非晶合金等高磁导率材料构成的圆盘薄片或圆环薄片。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导无感线圈(6)由两根超导导线并行绕制而成，其中一根超导导线正向绕制螺线管单元(21)，另一根超导导线反向绕制螺线管单元(22);所述正向绕制的螺线管单元(21)和反向绕制的螺线管单元(22)的同名端相连；其中，所述无感线圈的电阻为正向绕制的螺线管单元(21)的电阻和反向绕制的螺线管单元(22)的电阻之和。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导无感线圈(6)安装在超导电感线圈(I)的外面，并利用具有圆盘薄片结构的分磁器(20)屏蔽超导电感线圈(I)产生的磁场对超导无感线圈(6)的电阻大小的影响，进而实现超导电感线圈(I)和超导无感线圈(6)相互独立的电感与电阻复合型超导电抗器。
9.根据权利要求1至7任一项所述的电感与电阻复合型超导电抗器，其特征在于:所述超导无感线圈(6)安装在超导电感线圈⑴的内腔的中间位置，超导电感线圈⑴产生的磁场作为超导电感线圈(I)的背景磁场；调整超导无感线圈(6)的安装方向，改变超导电感线圈(I)产生的磁场对超导无感线圈(6)的电阻大小的影响，进而实现超导无感线圈(6)受到超导电感线圈(I)的 磁场影响的电感与电阻复合型超导电抗器。
【文档编号】H01F6/04GK104078220SQ201410363880
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】金建勋 申请人:电子科技大学