本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是涉及一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量在不斷增大，使得電網(wǎng)的短路電流幅值也逐漸增大。隨著直流系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大量直流的接入使得系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)逐漸超過斷路器的額定開斷時(shí)間常數(shù)。高幅值非對(duì)稱短路電流使得出現(xiàn)故障后斷路器開斷出現(xiàn)困難，同時(shí)短路直流分量還會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)中的鐵芯出現(xiàn)飽和，使得變壓器、互感器等無法正常工作或者保護(hù)誤動(dòng)，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、目前常用電網(wǎng)解環(huán)、安裝串聯(lián)電抗器和中性點(diǎn)接地電抗器等手段來抑制短路電流，但效果有限且無法改善非對(duì)稱短路電流直流分量帶來的影響，需要研究更為有效的手段，減少非對(duì)稱短路電流的影響同時(shí)降低斷路器的開斷難度。

3、中國專利申請(qǐng)cn114844022a通過檢測到短路電流后使用快速開關(guān)投入限流電抗器來實(shí)現(xiàn)限流，但需要斷路器斷開后才能限流，所以對(duì)于短路電流的抑制效果較差，尤其是在首個(gè)電流半波中無法限流。因此，如何提高對(duì)短路電流的限流效果，增強(qiáng)電路系統(tǒng)的安全性是需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置及其應(yīng)用方法，通過超導(dǎo)限流變壓器自動(dòng)失超后的電阻，對(duì)短路電流首半波峰值進(jìn)行抑制，在檢測到短路故障后，通過快速開關(guān)分閘，在主限流支路和輔助繞組的共同作用下，實(shí)現(xiàn)失超電阻的倍增，從而達(dá)到抑制短路電流的效果。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，包括超導(dǎo)限流變壓器模塊、故障檢測判斷模塊和斷路器。

4、其中，所述超導(dǎo)限流變壓器模塊包括低溫杜瓦、高壓繞組、低壓繞組、輔助繞組、引出抽頭和快速開關(guān)。高壓繞組、低壓繞組和輔助繞組均浸泡在低溫杜瓦內(nèi)部冷卻液中，經(jīng)引出抽頭引出，低壓繞組包括并聯(lián)設(shè)置的主通流繞組和主限流繞組，主通流繞組和主限流繞組分別與輔助繞組串聯(lián)，快速開關(guān)與主通流支路串聯(lián)后再與主限流支路并聯(lián)。

5、所述故障檢測模塊包括電流檢測單元、溫度檢測單元和故障判斷單元。

6、進(jìn)一步地，主通流繞組和主限流繞組的繞組參數(shù)相同。主限流繞組和與之串聯(lián)的輔助繞組的線圈繞制方向相反，主通流繞組和與之串聯(lián)的輔助繞組的線圈繞制方向相同。

7、輔助繞組包含兩個(gè)反并聯(lián)繞制的超導(dǎo)繞組，其超導(dǎo)帶材長度和并聯(lián)根數(shù)均相同。輔助繞組的兩個(gè)支路的并聯(lián)帶材根數(shù)和低壓繞組一致，帶材長度小于低壓繞組的單根帶材長度，由限流后的電壓降低量和限流阻抗增大的需求確定。

8、所述高壓繞組、低壓繞組和輔助繞組全部采用超導(dǎo)繞組，高壓繞組和低壓繞組連接方式為星形或三角形，超導(dǎo)繞組包括釔鋇銅氧氧化物ybco或鉍鍶鈣銅氧化物bscco。

9、超導(dǎo)繞組在短路電流下自動(dòng)失超轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钁B(tài)限流，通過快速開關(guān)切除并聯(lián)支路使電阻倍增。正常工作時(shí)輔助繞組由于兩條支路正反繞制且電流相同，為無感狀態(tài)，電壓為0；斷路器斷開情況下，在斷路器斷開后輔助繞組解耦后反向繞制的部分會(huì)感應(yīng)出與主限流繞組反向的電壓，疊加從而降低電壓，同時(shí)通過電阻串聯(lián)增大失超后的限流電阻。

10、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置的應(yīng)用方法，所述使用方法包括以下步驟：

11、s1、故障檢測判斷模塊對(duì)變阻抗超導(dǎo)限流變壓器的電流和溫度信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣；

12、s2、故障檢測判斷模塊對(duì)采樣到的電流和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷電流大小和持續(xù)時(shí)間是否大于預(yù)期設(shè)定值；

13、s3、當(dāng)采樣的電流瞬時(shí)值大于設(shè)定的第一保護(hù)動(dòng)作值且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間，或電流瞬時(shí)值大于設(shè)定的第二保護(hù)動(dòng)作值，或溫度大于設(shè)定的保護(hù)動(dòng)作溫度時(shí)，進(jìn)入步驟s4，否則返回s2繼續(xù)進(jìn)行采樣；

14、s4、快速開關(guān)分閘，變阻抗超導(dǎo)限流變壓器主通流支路被切除，輔助繞組解耦，超導(dǎo)限流阻抗倍增；

15、s5、在限流阻抗作用下，非對(duì)稱短路電流的幅值和時(shí)間常數(shù)大幅降低，非對(duì)稱短路電流得到抑制。

16、s6、短路側(cè)的系統(tǒng)斷路器斷開，切除限流后的短路電流，清除故障。

17、進(jìn)一步地，所述瞬時(shí)電流的第一保護(hù)動(dòng)作值為過載保護(hù)值，其值在超導(dǎo)變壓器的額定電流峰值和超導(dǎo)變壓器的總臨界電流之間，所述第二保護(hù)動(dòng)作值為短路保護(hù)值，所述第一保護(hù)動(dòng)作值小于第二保護(hù)動(dòng)作值。所述保護(hù)動(dòng)作溫度為超導(dǎo)限流變壓器工作溫度的最大值，超過保護(hù)動(dòng)作溫度的超導(dǎo)限流變壓器為已失超。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、(1)快速且極大程度地抑制短路電流：通過繞組自動(dòng)失超轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钁B(tài)，并切斷快速開關(guān)增加限流電阻，使得短路電流直流分量的時(shí)間常數(shù)極大降低并快速衰減到零，使非對(duì)稱短路電流對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低。

20、(2)提高了限流效果，增加電力系統(tǒng)的安全性：通過串聯(lián)輔助繞組用于產(chǎn)生反向電壓和增大電阻，進(jìn)一步提升了對(duì)短路電流的限流效果，增加了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，包括輔助繞組(4)，與低壓繞組(3)串聯(lián)，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述主通流繞組和主限流繞組的繞組參數(shù)相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述主限流繞組和與之串聯(lián)的輔助繞組(4)的線圈繞制方向相反，所述主通流繞組和與之串聯(lián)的輔助繞組(4)的線圈繞制方向相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述輔助繞組(4)包含兩個(gè)反并聯(lián)繞制的超導(dǎo)繞組，其超導(dǎo)帶材長度和并聯(lián)根數(shù)均相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述輔助繞組(4)的兩個(gè)支路的并聯(lián)帶材根數(shù)和低壓繞組(3)一致，帶材長度小于低壓繞組(3)的單根帶材長度，由限流后的電壓降低量和限流阻抗增大的需求確定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述高壓繞組(1)、低壓繞組(2)和輔助繞組(4)全部采用超導(dǎo)繞組，高壓繞組(1)和低壓繞組(2)連接方式為星形或三角形，超導(dǎo)繞組包括釔鋇銅氧氧化物ybco或鉍鍶鈣銅氧化物bscco。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置，其特征在于，所述超導(dǎo)繞組在短路電流下自動(dòng)失超轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮钁B(tài)限流，通過快速開關(guān)(6)切除并聯(lián)支路使電阻倍增。

8.一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置的應(yīng)用方法，適用于如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述使用方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，所述瞬時(shí)電流的第一保護(hù)動(dòng)作值為過載保護(hù)值，其值在超導(dǎo)變壓器的額定電流峰值和超導(dǎo)變壓器的總臨界電流之間，所述第二保護(hù)動(dòng)作值為短路保護(hù)值，所述第一保護(hù)動(dòng)作值小于第二保護(hù)動(dòng)作值。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，所述保護(hù)動(dòng)作溫度為超導(dǎo)限流變壓器工作溫度的最大值，超過保護(hù)動(dòng)作溫度的超導(dǎo)限流變壓器為已失超。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種變阻抗超導(dǎo)限流變壓器短路電流抑制裝置及其應(yīng)用方法，通過超導(dǎo)限流變壓器自動(dòng)失超后的電阻，對(duì)短路電流首半波峰值進(jìn)行限制。在檢測到短路故障后使快速開關(guān)分閘，在主限流支路和輔助繞組的共同作用下，實(shí)現(xiàn)失超電阻的倍增，同時(shí)輔助繞組產(chǎn)生與主限流繞組反向的電壓。非對(duì)稱短路電流直流分量的時(shí)間常數(shù)在本裝置的作用下極大降低并快速衰減到零，使非對(duì)稱短路電流對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高限流效果、增強(qiáng)安全性等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：胡正勇,徐鵬,李晟,項(xiàng)彬,張琦,李奕萱,袁仲濱,王達(dá)奇,劉志遠(yuǎn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)上海市電力公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2