一种双饼式无感超导限流线圈

1.本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种双饼式无感超导限流线圈。


背景技术：

2.随着经济和社会的快速发展，居民和工业的用电量大幅提升，电网的容量和等级也不断攀升。在电网发生故障时，短路电流可能会超过断路器的开断容量，对电网的安全稳定运行造成了危险，所以限制故障电流是非常重要的。
3.超导限流器做为新兴的限制故障电流的电力设备，以其正常运行时对电网影响较小、故障发生时能有效限制故障电流而受到广泛关注和发展。我国目前已经有多个限流器挂网运行，主要包括饱和铁芯型和电阻型超导限流器。电阻型超导限流器以原理简单，限流迅速、有效作为一种重要的超导限流器在故障限流时发挥作用。为减小电感对电网的影响，电阻型限流器设计为无感型，主要包括螺线管式超导线圈和饼式超导线圈。现有的饼式无感超导限流器均为单饼，呈八卦结构，通过相邻线圈电流方向相反抵消电感。但是要求圈数必须为偶数，且两个线圈之间的距离必需相等，不能调整整个饼式线圈中间的纵绝缘距离；多个线圈通过电流引线焊接得到，接头会产热，影响使用安全；更重要的是单饼的出线端电压差较大，导致超导线圈的半径不能太大，否则出线端及靠近出线端的电压差太大，在故障发生时，容易导致击穿现象，破坏超导限流器。
4.因此，亟需一种可以减少焊接接头数量，使用更方便，设计上更加灵活，可以调整超导线圈半径的无感超导限流线圈。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种双饼式无感超导限流线圈，以解决现有技术问题中存在的缺陷。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
7.一种双饼式无感超导限流线圈，包括：2个单饼线圈，两个单饼线圈以饼面为接触面上下重叠布置，且两个单饼线圈在饼心处连接；
8.使用时通过在两个单饼线圈的外部接头输入相反的电流实现无感连接。
9.优选地，每个单饼线圈为方向由内向外缠绕成饼状结构的超导带材，两个单饼线圈的超导带材的长度和线圈数相同；两个单饼线圈的内部接头通过超导带材连接。
10.优选地，2个单饼线圈为由一根超导带材的两端分别材沿着两个不同的方向缠绕得到上下两个大小以及线圈数相同的单饼线圈。
11.优选地，2个单饼线圈通过固定缠绕在同一个绝缘结构上，用于使线圈内部之间绝缘。
12.由上述本发明的双饼式无感超导限流线圈提供的技术方案可以看出，本发明的双饼式无感超导线圈代替了现有的单饼结构，在相同匝间距离的情况下，相邻线圈的电压差小，可以将超导线圈的半径大大增加，使饼式线圈的半径更大，减小饼的串联个数，且双饼
线圈的接头都在饼的外侧，方便接线，在纵绝缘设计上更加灵活，减少焊接接头的数量，降低了因接头而产生的风险，更有利于多个饼的串并联连接。
13.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实施例的焊接型双饼式无感超导限流线圈结构示意图；
16.图2为本实施例的焊接型双饼式无感超导限流单元结构示意图；
17.图3为本实施例的八卦型双饼式无感超导限流线圈示意图；
18.图4为本实施例的变间距八卦型双饼式无感超导限流线圈示意图；
19.图5为实施例3的传统单饼式无感超导限流器线圈结构示意图；
20.图6为实施例3的双饼式无感超导限流器线圈结构示意图；
21.附图标记说明：
22.1绝缘骨架2超导带3上下绝缘材料4匝间绝缘材料。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
24.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
25.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
26.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
27.实施例1
28.图1为本实施例的焊接型双饼式无感超导限流线圈结构示意图，参照图1，该焊接型双饼式无感超导限流线圈包括：2个单饼线圈，两个单饼线圈以饼面为接触面上下重叠布
置，且两个单饼线圈在饼心处连接，两个单饼线圈的内部接头通过超导带材焊接方式连接，每个单饼线圈为方向由内向外缠绕成饼状结构的超导带材，两个单饼线圈的超导带材长度和线圈数相同。
29.使用时通过在两个单饼线圈的外部接头输入相反的电流实现无感连接。
30.电流从超导带材的一端进入(也就是上单饼线圈的外部接头)，通过焊接处的超导带材流向下一根超导带材(下单饼线圈)，上下两根超导带材的电流流向相反，起到抵消磁场的作用，从而实现无感连接，即为一个无感的双饼线圈。每个饼的相邻线圈之间的电压差减小，上下饼两端的电压差增大，通过增加的绝缘材料环氧板，可以增加绝缘性能。在限流器设计过程中，可以采用多个无感的双饼线圈串联得到。超导带材之间可以通过添加绝缘结构起到散热和绝缘的效果。
31.如图2所示，为一种焊接型双饼式无感超导限流单元结构示意图，通过图2可以看出，该无感超导限流单元采用了本实施例的焊接型双饼式无感超导限流线圈，具体地处理步骤为，将超导带2缠绕在超导限流器的绝缘骨架1上，在缠绕时超导带2之间添加匝间绝缘材料4，示意性地，本实施例以聚四氟乙烯波浪带为例，上饼和下饼中间有上下绝缘材料3，上下绝缘材料3有多种结构，主要用来负责线圈出线端等外侧线圈上下饼的绝缘特性。将上述的双饼结构进行串联和并联得到超导限流器的限流单元，浸泡在液氮中，然后进行一系列实验。
32.实施例2
33.图3为本实施例的八卦型双饼式无感超导限流线圈示意图，参照图3，八卦型双饼式无感超导限流线圈包括：2个单饼线圈，两个单饼线圈以饼面为接触面上下重叠布置，且两个单饼线圈在饼心处连接。2个单饼线圈为由一根超导带材的两端分别材沿着两个不同的方向缠绕得到上下两个大小以及线圈数相同的单饼线圈。上下两个单饼的电流方向相反，磁通相互抵消，实现无感连接。中间为八卦形状，一端向上缠绕得到上饼，一端向下缠绕得到下饼，由此整个双饼实现无感连接。
34.使用时通过在两个单饼线圈的外部接头输入相反的电流实现无感连接。2个单饼线圈固定缠绕在同一个绝缘结构上，用于使线圈内部之间绝缘，具体地，双饼无感超导线圈缠绕在限流器的绝缘骨架上，并通过固定螺丝将超导线圈和绝缘骨架固定在一起。
35.图4为本实施例的变间距八卦型双饼式无感超导限流线圈示意图，参照图4，一根超导带材沿着两个不同的方向缠绕得到上下两个单饼，上下两个单饼的电流方向相反，磁通相互抵消，实现无感连接。靠近饼心的位置，两线圈之间的匝间绝缘距离小，远离饼心位置，相邻两匝线圈之间的匝间绝缘距离大。由于半径越大，相邻两线圈之间的电压差越大，因此，根据绝缘设计要求规划匝间绝缘距离，合理利用超导线圈的排布，可以减小线圈体积。同时，焊接型双饼式无感超导线圈也可以根据要求设计成变间距的双饼式无感超导限流线圈。
36.实施例3
37.图5和图6分别为相同长度和相同匝间距离的单饼式和双饼式无感超导线圈结构示意图，参照图5和图6，当将其应用在限流器时，通过本实施例，主要对相邻超导线圈承受的电压进行对比，假设在单饼和双饼无感超导线圈两端同时施加电压大小为u的直流电压，即u
ab
＝u
ef
＝u,则单个饼上最外侧相邻线圈之间的电压u
ef
>>u
ac
,单饼式无感超导限流线圈
外侧的电压差极大，由于匝间距离要求相等且不能过大，造成单饼超导线圈半径不能过大。对于双饼式超导线圈相邻线圈之间的电压差小，上饼和下饼的电压差大，可能会造成击穿风险，但是可以通过在上饼和下饼之间增加固体绝缘材料，来增强双饼的高压绝缘性能。而且双饼的匝间距离可调，可以根据设计调整的匝间距离。相邻线圈之间由匝间绝缘材料和液氮填充，考虑到体积和超导带材的散热，匝间距离不能过大，相邻线圈之间的绝缘材料不能过厚。针对双饼式超导线圈，上饼和下饼之间对散热的要求要低于相邻线圈的匝间散热，由此在绝缘薄弱的外侧通过增加绝缘材料进行绝缘，绝缘材料的结构可以根据要求设计，通流的同时增加绝缘厚度进行绝缘。
38.本领域技术人员应能理解上述的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
39.本领域技术人员应能理解，附图仅为简明起见而示出的各类部件的数量可能小于一个实际结构中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。
40.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
41.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。