一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用，超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)包括超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接超導(dǎo)電機(jī)，另一端通過(guò)快速切換開(kāi)關(guān)連接至斷路器；故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至快速切換開(kāi)關(guān)與斷路器的連接端，第一輸出端連接至串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，第二輸出端連接至快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；限流電抗器與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；過(guò)壓保護(hù)元件與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。本發(fā)明在不顯著增加超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)側(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無(wú)功損耗。
【專利說(shuō)明】一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)故障保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]機(jī)端串聯(lián)電抗器是一種常用的短路保護(hù)措施，短路保護(hù)原理如圖1所示，將一組固定阻抗值的電抗器串入電機(jī)和變流器之間，不論正常運(yùn)行還是暫態(tài)運(yùn)行，電抗器均在系統(tǒng)中工作。當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，由于電抗器的存在，短路電流上升的速度和峰值都會(huì)受到限制，從而將短路電流限制在電網(wǎng)和電機(jī)可承受范圍內(nèi)，短路峰值轉(zhuǎn)矩也會(huì)得到限制。
[0003]機(jī)端串聯(lián)電抗器的保護(hù)方式，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電抗器自身產(chǎn)生的損耗會(huì)增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率，加劇散熱問(wèn)題。而且，由于電抗器屬于感抗型設(shè)備，正常運(yùn)行中會(huì)增加無(wú)功損耗，影響電力系統(tǒng)的潮流分布及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。也會(huì)降低發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)，造成變流器容量和成本的增大，特別是在大容量超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)中，會(huì)顯著增加變流器的設(shè)計(jì)制造難度。在短路故障下，由于超導(dǎo)電機(jī)的短路電流較大，使得串聯(lián)電抗器的體積和重量較大，制造成本及難度極大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其目的在于不顯著增加制造成本的基礎(chǔ)上，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中的超導(dǎo)電機(jī)如果采用常規(guī)電機(jī)的短路保護(hù)方式會(huì)導(dǎo)致制造成本高、實(shí)現(xiàn)難度大以及系統(tǒng)穩(wěn)定性差的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；所述故障限流器用于當(dāng)所述電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)、所述變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；所述故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)所述快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述斷路器；所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；所述限流電抗器與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；所述過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
[0006]本發(fā)明還提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器和斷路器；所述故障限流器用于當(dāng)所述變壓器側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；所述故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)所述快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述斷路器；所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)與所述變流器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；所述限流電抗器與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；所述過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
[0007]其中，所述超導(dǎo)電機(jī)可以為超導(dǎo)電勵(lì)磁電機(jī)。
[0008]本發(fā)明還提供了一種采用上述的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)采用故障限流器對(duì)超導(dǎo)電機(jī)的故障進(jìn)行保護(hù)，在不顯著增加電機(jī)機(jī)械支撐設(shè)計(jì)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無(wú)功損耗。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)電抗器短路保護(hù)原理框圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有超導(dǎo)勵(lì)磁線圈的半超導(dǎo)電機(jī)基本構(gòu)造示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的串聯(lián)故障限流器短路保護(hù)原理框圖；
[0013]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的故障限流器基本原理圖；
[0014]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的故障限流器限流效果示意圖；
[0015]圖6是本發(fā)明實(shí)施例1提供的含有超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)；
[0016]圖7是本發(fā)明實(shí)施例2提供的含有固態(tài)限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018]本發(fā)明提出了一種適用于超導(dǎo)電機(jī)的有效短路保護(hù)措施，在不顯著增加電機(jī)機(jī)械支撐設(shè)計(jì)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無(wú)功損耗。
[0019]超導(dǎo)電機(jī)是采用超導(dǎo)體全部或部分替代電機(jī)中常規(guī)導(dǎo)電材料的一種電機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)中超導(dǎo)材料可以為高溫超導(dǎo)材料或低溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)電機(jī)的原理與常規(guī)電機(jī)相同，主要依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。在基本特性方面，由于超導(dǎo)線材通電電流密度遠(yuǎn)大于銅導(dǎo)線(100倍以上)，可以取消轉(zhuǎn)子和定子鐵芯，將氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)高于鐵磁材料磁飽和磁場(chǎng)的區(qū)域，而且超導(dǎo)繞組中沒(méi)有電阻損耗，降低了電機(jī)的損耗，由此而導(dǎo)致超導(dǎo)電機(jī)比常規(guī)電機(jī)具有更為優(yōu)良的特性，如體積小、重量輕；同步電抗??；效率高；出力范圍增大等。超導(dǎo)電機(jī)包括但不僅限于半超導(dǎo)電機(jī)，以半超導(dǎo)電機(jī)作為例，半超導(dǎo)電機(jī)指電樞繞組(勵(lì)磁繞組)采用超導(dǎo)線材，而勵(lì)磁繞組(電樞繞組)采用常規(guī)導(dǎo)電材料的電機(jī)。一種常用的具有超導(dǎo)勵(lì)磁線圈半超導(dǎo)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。超導(dǎo)電勵(lì)磁電機(jī)的體積小、重量輕等特點(diǎn)十分適合在低轉(zhuǎn)速、大扭矩的艦船推進(jìn)系統(tǒng)中使用，各國(guó)均投入精力研究超導(dǎo)電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)，如美國(guó)、德國(guó)等。此外，將超導(dǎo)電機(jī)應(yīng)用在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中也是一個(gè)新的研究方向，尤其是10麗等級(jí)的大容量風(fēng)電機(jī)組。目前，超導(dǎo)電機(jī)在諸如電力系統(tǒng)、高速運(yùn)輸、航天航空、航海動(dòng)力、冶金工業(yè)等不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究方興未艾。
[0020]—方面，由于超導(dǎo)電機(jī)中的磁通密度相對(duì)于常規(guī)電機(jī)高很多，超過(guò)了鐵磁材料的飽和值，為了降低重量，電機(jī)轉(zhuǎn)子或定子制造成無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)；另一方面，超導(dǎo)電機(jī)中的物理氣隙比常規(guī)電機(jī)大，這使得超導(dǎo)電機(jī)的電樞電感值較低。另外，由于阻尼筒具有良好的磁屏蔽作用，進(jìn)一步降低了超導(dǎo)電機(jī)的超瞬變電抗。以上原因造成了超導(dǎo)電機(jī)在發(fā)生外部短路故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很高的短路故障峰值電流和瞬態(tài)短路轉(zhuǎn)矩，可產(chǎn)生約20倍額定電流的沖擊電流以及10倍以上額定轉(zhuǎn)矩的沖擊轉(zhuǎn)矩，這不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)重的破壞因素，威脅到電網(wǎng)中其他設(shè)備的安全運(yùn)行，而且對(duì)超導(dǎo)電機(jī)本身也可能產(chǎn)生巨大的破壞作用，尤其在目前超導(dǎo)電機(jī)的造價(jià)高昂情況下，其損失巨大。如果不加以限制，短路轉(zhuǎn)矩可能損壞電機(jī)定轉(zhuǎn)子的機(jī)械支撐，使繞組變形甚至斷裂。因此，采用有效的短路保護(hù)措施對(duì)超導(dǎo)電機(jī)是十分必要的。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例提供的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示；當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，可以采用如圖3(a)所示的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)；具體包括:依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；故障限流器用于當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)、變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接超導(dǎo)電機(jī)，串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)快速切換開(kāi)關(guān)連接至斷路器；故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至快速切換開(kāi)關(guān)與斷路器的連接端，故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；限流電抗器與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
[0022]如圖4所示，故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接超導(dǎo)電機(jī)，串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述斷路器；故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至快速切換開(kāi)關(guān)與所述斷路器的連接端，故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；限流電抗器與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；過(guò)壓保護(hù)元件與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
[0023]在正常工作狀態(tài)下，故障限流器的阻抗值很小，對(duì)超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的有功或無(wú)功損耗影響不大，相當(dāng)于輸電導(dǎo)線。但在短路故障發(fā)生后，可快速可靠地限制短路電流，動(dòng)作時(shí)間較短，而且限制過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，可保護(hù)繞組的絕緣不受損壞。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)變壓器側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，可以采用如圖3(b)所示的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，具體包括:依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器和斷路器；故障限流器用于當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接超導(dǎo)電機(jī)，串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)快速切換開(kāi)關(guān)連接至斷路器；故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至快速切換開(kāi)關(guān)與變流器的連接端，故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；限流電抗器與快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。[0025]其中，如圖4所示，故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)所述快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述變流器；所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)與所述變流器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)的控制端；所述限流電抗器與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接；所述過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
[0026]在正常工作狀態(tài)下，故障限流器的阻抗值很小，對(duì)超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的有功或無(wú)功損耗影響不大，相當(dāng)于輸電導(dǎo)線。但在短路故障發(fā)生后，可快速可靠地限制短路電流，動(dòng)作時(shí)間較短，而且限制過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，可保護(hù)繞組的絕緣不受損壞。
[0027]在本發(fā)明實(shí)施例中，超導(dǎo)電機(jī)包括但不限于半超導(dǎo)電機(jī)和全超導(dǎo)電機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)包括但不限于超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)包括但不限于三相電機(jī)和多相電機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)包括但不限于采用一套電樞繞組超導(dǎo)電機(jī)和兩套及以上的電樞繞組電機(jī)。
[0028]作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，故障限流器可以采用大容量快速限流器(也叫做大容量高速開(kāi)關(guān))、固態(tài)故障限流器、超導(dǎo)故障限流器、熱敏電阻故障限流器等。
[0029]在本發(fā)明實(shí)施例中，超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)過(guò)程電流變化示意圖如圖5所示，在短路故障發(fā)生后，在保證超導(dǎo)體不失超的前提下，通過(guò)故障限流器的合理設(shè)計(jì)，可使故障電流在達(dá)到短路電流峰值之前限制短路電流幅值及短路電流變化率，同時(shí)短路轉(zhuǎn)矩也得到限制。在短路電流得到限制后，斷路器動(dòng)作，將短路故障點(diǎn)從電網(wǎng)中切除。超導(dǎo)電機(jī)中采用故障限流器的短路保護(hù)措施，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)內(nèi)部各部件不被損壞，還可以提高輸電線路和輸電網(wǎng)運(yùn)行的整體控制能力，保障電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。
[0030]本發(fā)明采用故障限流器的超導(dǎo)電機(jī)保護(hù)方案可以在短路故障發(fā)生后，快速限制短路故障電流的幅值和故障電流的上升速率，使其限制在超導(dǎo)線圈不失超范圍內(nèi)，保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被損壞(機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求可以按照常規(guī)電機(jī)設(shè)計(jì))，保障電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備正常運(yùn)行。在超導(dǎo)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，故障限流器相當(dāng)于導(dǎo)線，避免了現(xiàn)有技術(shù)采用電抗器方案中短路保護(hù)措施增加系統(tǒng)損耗、降低功率因數(shù)、增大變流器容量等問(wèn)題。
[0031]在本發(fā)明實(shí)施例中，超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，具體可以應(yīng)用在帶有超導(dǎo)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、帶有超導(dǎo)電機(jī)的艦船推進(jìn)系統(tǒng)、帶有超導(dǎo)電機(jī)的交通系統(tǒng)、帶有超導(dǎo)電機(jī)的航天航空系統(tǒng)以及帶有超導(dǎo)電機(jī)的冶金工業(yè)系統(tǒng)等等領(lǐng)域。
[0032]為了更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)例詳述如下:
[0033]實(shí)施例1，如圖6所示，含有超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)，該故障限流器是一種飽和鐵心型高溫超導(dǎo)限流器，由2個(gè)鐵心電抗串聯(lián)而成。每個(gè)鐵心上一次繞組為常規(guī)線圈，鐵心上的次級(jí)繞組是由高溫超導(dǎo)線材繞制成的直流偏置線圈，如B1-2223/Ag。超導(dǎo)偏置線圈在直流電源的作用下產(chǎn)生直流磁場(chǎng)，使得鐵心處于高飽和狀態(tài)，一次繞組串聯(lián)在超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)中。當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，由于鐵心高飽和，此時(shí)故障限流器處于低感抗?fàn)顟B(tài)，損耗較??；當(dāng)機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，瞬間增加的短路電流使一次繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與直流超導(dǎo)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)抵消，故障限流器的鐵心由高飽和狀態(tài)進(jìn)入正常態(tài)，從而產(chǎn)生了很高的阻抗，限制了短路電流的幅值和上升速率，動(dòng)作時(shí)間較短，在電流過(guò)零時(shí)，斷路器切斷故障回路，可靠的保護(hù)了超導(dǎo)電機(jī)及其系統(tǒng)中部件。選用兩級(jí)鐵心是為了在正半周期和負(fù)半周期分別限制短路電流。
[0034]實(shí)施例2，如圖7所示，含有固態(tài)限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)，該故障限流器是一種新型橋式故障限流器，S1、S2、S3和S4為晶閘管，L為電感，Vb為直流偏置電源。當(dāng)正常工作時(shí)，S1、S2、S3和S4為常觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)，調(diào)節(jié)直流偏置電源使限流器的等效阻抗接近為O ;當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，S3 (電流處于正半周)或S4(電流處于負(fù)半周)截止，電感L會(huì)串入故障回路中，從而限制短路電流的限制了短路電流的幅值和上升速率，動(dòng)作時(shí)間較短。當(dāng)短路電流過(guò)零時(shí)，SI和S2會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，斷路器切斷故障回路，可靠的保護(hù)了超導(dǎo)電機(jī)及其系統(tǒng)中部件。
[0035]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；所述故障限流器用于當(dāng)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)、所述變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行； 所述故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)所述快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述斷路器； 所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)的控制端； 所述限流電抗器與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接； 所述過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
2.一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器和斷路器；所述故障限流器用于當(dāng)所述機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行； 所述故障限流器包括串聯(lián)開(kāi)關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開(kāi)關(guān)、限流電抗器和過(guò)壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)所述快速切換開(kāi)關(guān)連接至所述斷路器； 所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開(kāi)關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開(kāi)關(guān)的控制端； 所述限流電抗器與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接； 所述過(guò)壓保護(hù)元件與所述快速切換開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接。
3.一種米用權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H02P29/02GK103825530SQ201410083045
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】曲榮海, 劉迎珍, 王晉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)