CN103368156A - 模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法 - Google Patents

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龚伟志
信赢
任安林
牛潇晔
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Abstract

一种模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法，包括有一套或若干套限流器电抗***、一套或若干套直流励磁***、一套或若干套低温***和一套监控***，各电抗***的交流绕组串联联接在所置的电网线路中；所述各电抗***依据限流阻抗和稳态阻抗指标的设计实现模块化，其设计参数均相互相同；若干套电抗***串联或并联后安装于一条电网线路中，或若干套电抗***分成若干组分别置于对应组数的电网线路中；所述的直流励磁***和低温***为集中控制模式或为分散控制模式；所述的监控***统一为集中控制模式。其可以降低限流器一个电抗***的设计指标，减小其体积和重量，从而便于制造、安装和运输。

Description

模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于电网短路电流控制的模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法。
背景技术
随着电网容量不断扩大，变电站负荷日益增加，***短路电流水平越来越高。在高压或超高压电网线路中的短路电流严重超标，大大增加了线路断路器的开断拒动风险，而采用传统改变电网结构或改变电网运行方式的办法来降低线路的短路电流，将会是一项巨大而复杂的工程。为此可以通过安装超导限流器来降低线路或母线的短路电流水平。
目前高压或超高压电网多为环形网状结构，***短路电流很大，若想大幅降低母线短路电流水平，则限流器必须具有较大的限流阻抗才能满足要求，这样就会使设备体积庞大，不但给安装和运输带来巨大困难，而且加工制作也将难以实现。亟待有一个较好的方案来解决这些问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种模块化饱和铁心型超导限流器，通过模块化设计，用户可根据需要将限流器的多个电抗***模块安装在电网的不同线路中，也可以将多个电抗***模块经串联或并联或串并联混合联接后安装于单一线路中，可以降低限流器一个电抗***的设计指标，减小其体积和重量，从而实现便于制造、安装和运输的目的。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种模块化饱和铁心型超导限流器，包括一套或若干套电抗***、一套或若干套直流励磁***、一套或若干套杜瓦和低温***、一套监控***，其特征在于：所述电抗***装设在同一条线路或不同线路中，所述的直流励磁***和低温***为集中控制模式或为分散控制模式；所述的监控***为集中控制模式。
所述电抗***包括铁心、交流绕组、超导绕组，其中超导绕组置于所述的杜瓦中，交流绕组串联联接在所置的电网线路中。
所述各电抗***依据限流阻抗和稳态阻抗指标的设计实现模块化，其设计参数均相互相同。
若干套电抗***安装于同一条电网线路中；或若干套电抗***分成若干组分别置于对应组数的电网线路中，每组至少包含有一套电抗***。
当两套以上的电抗***装设在同一条线路中时，电抗***之间的连接方式包括串联、并联或串并联混合。
所述的直流励磁***和低温***同为集中控制模式时，安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组共用一套低温***，由一套直流励磁***为所述的若干套电抗***的超导绕组提供直流励磁电流。
所述的直流励磁***和低温***同为分散控制模式时，安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组一对一使用低温***和由直流励磁***为其提供直流励磁电流。
所述的直流励磁***和低温***一个为分散控制模式，另一个为集中控制模式时,安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组可共用一套低温***和由一对一直流励磁***为其提供直流励磁电流；也可一对一使用低温***和由一套直流励磁***为其提供直流励磁电流。
若有多套电抗***装设在同一条线路中，各电抗***间通过插拔式电缆终端的联接，或者通过油-油套管的联接实现相互串联或并联。
基于上述设计，本发明可将一台大型超导限流器能够实现的限流阻抗、稳态阻抗等指标分由若干台小型超导限流器（模块化的超导限流器）来实现。
本发明提出了一种饱和铁心型超导限流器在电力***中的应用方案，既可以在电网中实现多点安装，也可以实现单点的多台安装。本发明将饱和铁心型超导限流器的电抗***小型化、模块化，直流励磁***、低温***实行集中或分散控制，监控***实行集中控制，这样不仅简化了***，降低了损耗，还能够大大方便设备的安装和运输，增加设备应用的灵活性。
本发明的另一目的是提供一种模块化饱和铁心型超导限流器的控制方法。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种模块化超导限流器的控制方法，包括以下步骤：
1）首先将若干套模块化的电抗***安装于同一条线路或分组安装于若干组线路中，对安装在同一条线路中的两套以上的电抗***之间采用串联联接、或并联联接、或串并联混合联接。
2）为若干套电抗***集中式配用一套低温***，或一对一分散式的配用低温***；直流励磁***亦然，利用一套直流励磁***为若干套电抗***模块同时提供直流励磁电流，或一对一的利用直流励磁***为限流器电抗***提供直流励磁电流。
3）所述监控***采集所述电抗***所在线路的电气参数识别出电网的运行状态，进行线路短路故障的判断，控制限流器动作，则执行步骤4相应操作；其次，监控***采集所述电抗***、直流励磁***和低温***的运行参数，对限流器本身故障做出判断，则执行步骤5的相应操作。
4）当判断电网处于短路故障状态时，所述监控***向相应的直流励磁***发出控制信号，切断所述直流励磁***，使其中断直流输出，保护直流励磁***免受高压冲击；待电网短路故障消除后，监控***同样向直流励磁***发出信号，恢复直流励磁***，为电网重合闸做好准备。
5）当限流器本身（包括电抗***、直流励磁***和低温***）出现故障时，所述监控***向相应的低温***或直流励磁***发出控制信号，对所述故障***进行相应操作，直到恢复正常运行；而电抗***发生故障时，相应检测仪器会发出报警或跳闸信号，同时所述监控***会显示相应故障状态，而中控室对电抗***故障进行相应处理，此时监控***可判断和控制直流励磁***的启停。
依据本发明方法的设计思想，用户可根据变电站的不同短路情况，将多台限流器安装于不同线路或同一条线路中，达到限制不同短路电流的目的。直流励磁***、低温***可以采取集中控制或分散控制，而监控***实行集中控制的方式。
本发明的优点是：
1.降低了单个饱和铁心型超导限流器的体积和重量，不仅简化了***，降低了损耗，便于制造，还能够大大方便设备的安装和运输，增加设备应用的灵活性；
2.多个饱和铁心型超导限流器电抗***安装于变电站的多条线路或一条线路中，用户可根据变电站的短路容量适当选择投入限流器台数，实现灵活的短路电流控制方式，使本发明的应用更具人性化和经济化；
3.便于产品的标准化；且可以针对电网限流参数的不同要求，可以通过标准化的本发明饱和铁心型超导限流器的不同组合来满足电网的实际需求；
4.使用更安全，在同等工作参数下，若采用原一台大型的饱和铁心型超导限流器电抗***，一旦损坏，容易造成全电网电力***故障的发生；而采用本发明饱和铁心型超导限流器的设计，发生全部同时损坏的几率极小，能有效避免全电网电力***的瘫痪。
附图说明
图1a为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第一实施例***构成示意图（安装于多条线路中的一条线路上的限流器分支结构）。
图1b为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第二实施例***构成示意图（安装于多条线路上的限流器整体结构）。
图1c为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第三实施例***构成示意图（安装于多条线路上的限流器整体结构）。
图1d为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第四实施例***构成示意图（安装于多条线路上的限流器整体结构）。
图1e为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第五实施例***构成示意图（安装于多条线路上的限流器整体结构）。
图2a为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第六实施例***构成示意图（安装于一条线路上的限流器整体结构）。
图2b为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第七实施例***构成示意图（安装于一条线路上的限流器整体结构）。
图2c为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第八实施例***构成示意图（安装于一条线路上的限流器整体结构）。
图2d为本发明模块化饱和铁心型超导限流器第九实施例***构成示意图（安装于一条线路上的限流器整体结构）。
图3a为本发明模块化饱和铁心型超导限流器中的两个电抗***相互串联联接结构示意图（插拔式电缆终端连接方式）。
图3b为本发明模块化饱和铁心型超导限流器中的三个以上的电抗***相互串联联接结构示意图（插拔式电缆终端连接方式）。
图4a为本发明模块化饱和铁心型超导限流器中的两个电抗***相互串联联接结构示意图（油-油套管连接方式）。
图4b为本发明模块化饱和铁心型超导限流器中的三个以上的电抗***相互串联联接结构示意图（油-油套管连接方式）。
图5为本发明模块化饱和铁心型超导限流器的控制方法流程图。
图中：1-电抗***；2-电缆终端头；3-高压引线；4-联接电缆；5-连接导体；6-油室；7-油-油套管。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。
具体实施方式
本发明模块化饱和铁心型超导限流器可将一台大型限流器能够实现的限流阻抗、稳态阻抗等指标分由若干台小型的模块化限流器来实现。
所述模块化限流器，是将设备性能参数标准化，依照设备性能参数（如依据限流阻抗和稳态阻抗指标）的设计制备电抗***，具体应用时可以针对电网限流参数的不同要求通过标准化的限流单元的不同组合实现。具体实现的途径有两种：1.将多台小型限流器分别安装于变电站的多条线路中（参见图1a、图1b和图1c）；2.在一条线路中安装若干台小型限流器，可将该若干台小型限流器的电抗***通过串、并联方式进行联接（参见图2a、图2b）。
本发明所述的饱和铁心型超导限流器可以是包括一套或多套限流器电抗***、一套或多套直流励磁***、一套或多套低温***和一套监控***。其中，电抗***的交流绕组串联联接在电网线路中，是限流器的限流元件。分装在不同线路的各电抗***之间相互独立，安装在一条线路的各电抗***之间通过串联或并联联接；低温***为电抗***的超导绕组提供低温环境，各电抗***的交流绕组浸泡在盛液氮的杜瓦中，低温***与杜瓦之间有连接接口；直流励磁***为超导绕组提供直流励磁电流，超导绕组的两个电流引线联接于直流励磁***电源两端；监控***实现线路短路故障的判断、切断和恢复直流励磁、低温***动作指令的发出、线路电气参数、设备运行状况和低温***参数的实时显示与存储。
以下是本发明模块化饱和铁心型超导限流器几种实施例的***构成形式：
其中图1a所示为安装于多条线路中的一条线路上的限流器分支结构，包括一套电抗***、一套低温***、一套直流励磁***和一套监控***，其构成类同于现有技术的超导限流器***结构，只是在本发明中，通过安装于多条线路中的多个限流器分支结构来替代现有技术中一台大型限流器。该实施例中，直流励磁***和低温***同为分散控制模式（一对一的配用）；监控***采用集中式控制。
图1b所示为安装于多条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电抗***、一套低温***、一套直流励磁***和一套监控***，此***结构中，若干个限流器电抗***集中配用一个低温***，由一个直流励磁***同时为若干个电抗***的超导绕组提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***和低温***同为集中控制模式，监控***亦采用集中式控制。
图1c所示为安装于多条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电***、多套低温***、多套直流励磁***和一套监控***，此***结构中，各限流器电抗***一对一的配用低温***；同时一对一的利用直流励磁***为各限流器电抗***提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***和低温***同为分散控制模式，监控***采用集中式控制。
图1d所示为安装于多条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电***、一套低温***、多套直流励磁***和一套监控***，此***结构中，各限流器电抗***多对一的配用低温***；同时一对一的利用直流励磁***为各限流器电抗***提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***为分散控制模式，低温***为集中控制模式，监控***采用集中式控制。
图1e所示为安装于多条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电***、一套低温***、多套直流励磁***和一套监控***，此***结构中，各限流器电抗***一对一的配用低温***；利用一套直流励磁***为各限流器电抗***提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***为分散集中控制模式，低温***为分散控制模式，监控***采用集中式控制。
图2a所示为安装于一条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电抗***、一套低温***、一套直流励磁***和一套监控***；此***结构中，若干套电抗***相互串联连接并集中式配用一个低温***，由一套直流励磁***为这些相互串联的若干套电抗***的超导绕组同时提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***和低温***同为集中控制模式，监控***采用集中式控制。
图2b所示为安装于一条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，包括多套电抗***、多套低温***、多套直流励磁***和一套监控***。此***结构中，若干套电抗***相互串联连接并一对一的配用低温***，同时一对一的由直流励磁***为其提供直流励磁电流。该实施例中，直流励磁***和低温***同为分散控制模式，监控***采用集中式控制。
图2c、2d所示分别为安装于一条线路的饱和铁心型超导限流器整体结构，该实施例中，直流励磁***和低温***采用不同（分散或集中）的控制模式，监控***采用集中式控制。
基于以上几种基础***结构的设计，若干套电抗***亦可以扩展为更多的组合形式，如：将若干套（M套）电抗***分成多个组（N组），分别置于对应组数的电网线路中，其中，M大于或等于N；每组至少包含有一套电抗***；当一组中为一套电抗***时，该条线路上的结构形式可以是如图1a所示；当一组中含有两套以上的电抗***时，各电抗***相互串联或并联，直流励磁***和低温***可以同为分散控制模式，亦可同为集中控制模式，监控***采用集中式控制。
对于图2a、图2b中多套限流器电抗***之间可采用串联或并联方式联接，其中，串联时，限流器电抗***之间可通过插拔式电缆终端联接（如图3a、3b所示）或者油-油套管联接（如图4a、4b所示）。图3a、3b分别示出的是两个、三个限流器电抗***1通过插拔式电缆终端联接方式实现串联联接的结构形式，可插拔式电缆终端头占用空间较小，电缆终端头2之间用连接电缆4连接。图4a、4b示分别示出的是两套、三套限流器电抗***通过油-油套管联接方式实现串联联接的结构形式，进行连接时，应首先将升高座密封，现场用连接导体5进行连接，整体抽真空后向油室6和油箱内进行整体注油。限流器电抗***的高压引线3通过高压套管引到油箱外部，通过引出端子与电网相连接。对于限流器电抗***之间的并联联接，则相对比较简单，只要将每套电抗***的进线端和出线端分别联接在一起即可（未图示）。
上述分装在不同线路上的电抗***之间应相互独立。
本发明阐述了一种模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法，首次提出了饱和铁心型超导限流器模块化的概念，将限流器电抗***模块化，直流励磁***和低温***实行集中或分散控制，监控***实行集中控制，该控制方法流程图如图5所示。该发明降低了单台限流器的体积和重量，便于制造、运输和安装。多台限流器安装于变电站的多条线路或一条线路中，用户可根据变电站的短路容量适当选择投入限流器台数，实现灵活的短路电流控制方式，使饱和铁心型超导限流器的应用更具人性化和经济化。本发明为饱和铁心型超导限流器在超高压或特高压电网的实际应用提供了新的设计思路，同时将设备性能参数标准化，针对电网限流参数的不同要求，可以通过标准化的限流单元的不同组合实现。
上述的各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种模块化饱和铁心型超导限流器，包括一套或若干套电抗***、一套或若干套直流励磁***、一套或若干套杜瓦和低温***、一套监控***，其特征在于：所述电抗***装设在同一条线路或不同线路中，所述的直流励磁***和低温***为集中控制模式或为分散控制模式；所述的监控***为集中控制模式。
2.根据权利要求1所述的模块化饱和铁心型超导限流器，其特征在于：所述各电抗***依据限流阻抗和稳态阻抗指标的设计实现模块化，其设计参数均相互相同。
3.根据权利要求1所述的模块化饱和铁心型超导限流器，其特征在于：若干套电抗***安装于同一条电网线路中；或若干套电抗***分成若干组分别置于对应组数的电网线路中，每组至少包含有一套电抗***。
4.根据权利要求1所述的模块化饱和铁心型超导限流器，其特征在于：当两套以上的电抗***装设在同一条线路中时，电抗***之间的连接方式包括串联、并联或串并联混合。
5.根据权利要求1所述的模块化饱和铁心型超导限流器，其特征在于：
所述的直流励磁***和低温***同为集中控制模式时，安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组共用一套低温***，由一套直流励磁***为所述的若干套电抗***的超导绕组提供直流励磁电流；
所述的直流励磁***和低温***同为分散控制模式时，安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组一对一使用低温***和由直流励磁***为其提供直流励磁电流；
所述的直流励磁***和低温***一个为分散控制模式，另一个为集中控制模式时，安装于同一条电网线路或若干组电网线路中的若干套电抗***的超导绕组共用一套低温***和由一对一直流励磁***为其提供直流励磁电流；或一对一使用低温***和由一套直流励磁***为其提供直流励磁电流。
6.根据权利要求1所述的模块化饱和铁心型超导限流器，其特征在于：若有多套电抗***装设在同一条线路中，各电抗***间通过插拔式电缆终端的联接，或者通过油-油套管的联接实现相互串联或并联。
7.一种模块化饱和铁心型超导限流器的控制方法，包括以下步骤：
1）首先将若干套模块化的电抗***安装于同一条线路或分组安装于若干组线路中，对安装在同一条线路中的两套以上的电抗***之间采用串联联接、或并联联接、或串并联混合联接；
2）为若干套电抗***集中式配用一套低温***，或一对一分散式的配用低温***；直流励磁***亦然，利用一套直流励磁***为若干套电抗***模块同时提供直流励磁电流，或一对一的利用直流励磁***为限流器电抗***提供直流励磁电流；
3）所述监控***采集所述电抗***所在线路的电气参数识别出电网的运行状态，进行线路短路故障的判断，控制限流器动作，则执行步骤4相应操作；其次，监控***采集所述电抗***、直流励磁***和低温***的运行参数，对限流器本身故障做出判断，则执行步骤5的相应操作；
4）当判断电网处于短路故障状态时，所述监控***向相应的直流励磁***发出控制信号，切断所述直流励磁***，使其中断直流输出，保护直流励磁***免受高压冲击；待电网短路故障消除后，监控***同样向直流励磁***发出信号，恢复直流励磁***，为电网重合闸做好准备；
5）当包括电抗***、直流励磁***和低温***在内的限流器本身出现故障时，所述监控***向相应的低温***或直流励磁***发出控制信号，对所述故障***进行相应操作，直到恢复正常运行；而电抗***发生故障时，相应检测仪器会发出报警或跳闸信号，同时所述监控***会显示相应故障状态，而中控室对电抗***故障进行相应处理，此时监控***判断和控制直流励磁***的启停。
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