漏磁镇流器(电力系统安全运行的保护神，髙温超导故障短路电流限流器)

Posted 2023-06-01

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漏磁镇流器(电力系统安全运行的保护神，髙温超导故障短路电流限流器)

随着国民经济的飞速发展，社会对电力的需求不断增加，电力系统的容量也越来越大，使得系统的短路故障水平急剧增长。如等级为500kV的三峡电网，其短路电流可达63kA。

短路故障将对系统的安全与稳定运行产生严重影响。电力系统目前在电气设备方面采取的限流措施为：

一是采用在电路中串联限流电抗器的方法，但缺点是降低了电网的稳定性并增加网络损耗及发热；

二是采用高阻抗变压器的方法，但缺点是电压调节变得困难，漏抗大，负载电流产生的漏磁在导线中产生了涡流从而引起损耗。

可见，若限流装置在系统正常时稳定且阻抗小，而故障时立即呈大阻抗即可限流。改进的限流器是用可开断晶闸管(GTO)与限流阻抗并联的半导体型FCL，但缺点是在故障发生期间晶闸管的开断及恢复需一定的时间。

相比之下，近年来正在兴起的高温超导故障短路电流限制器(HSCFCL)可很好的满足上述要求。它是利用超导体的超导态／正常态(S／N)转变来实现限流功能，它能在高压下运行，在正常运行时可通过大电流而只呈现很小的阻抗甚至零阻抗，反应速度快(因S／N转变快)；能自动触发，自动定位且复位速度快，集检测、转换和限流于一体。

正因如此，HSCFCL的研制及应用具有重大的意义。此外，由于高温超导材料的发展，使得HSCFCL可工作在液氮温区(77．3K)。过去因低温超导体工作在液氦温区(4．2K)，制冷费用十分昂贵，使SCFCL的实用变得困难。而高温超导体除制冷简单，运行经济外，还有稳定性更好、常态电阻率大及液氮的电绝缘水平比液氦高等特点，这也是HSCFCL受到重视的主要原因。

整流型高温超导限流器(RHSCFCl)的类型很多，常用的有电阻型、磁屏蔽型和整流型HSCFCL。超导体基本特性之一是在直流状态下没有损耗，但当超导体有交流电流通过或处于交变磁场中将出现交流损耗，该损耗导致超导体产生的热量. 而对于 RHSCFCL，它采用的是直流超导线圈，系统稳态时流经超导线圈的电流是经全波整流电路整流后的直流电流，可大大减小超导线圈的交流损耗(因直流超导电抗器的电阻为零)。

此外 RHSCFCL的另一显著特点是在稳态时可作贮能器。因 RHSCFCL只是在系统发生短路故障时动作，呈现大电抗来限制短路电路，相当于一个整流器：而在稳态时因流经超导线圈的是直流电流，相当于在线圈中贮存了(1／2)LI2的能量。若在发电机侧发生故障，RHSCFCL便可作为逆变器向负载提供电能,另外它还可提供尖峰负荷。这样，RHSCFCL成为集限流与贮能于一体，同时又克服了交流损耗这一难点的性能优良的FC。

但超导线圈不能无限长地限制故障电流,必须用断路器在合理时间内开断故障电流.

根据国际科技界和相关产业界的预测，高温超导限流器将是高温超导电力技术产业化的领头产品，美国SPI计划的高温超导限流器研究课程主要由洛斯阿拉莫斯实验室。通用原子能公司(GA)、IGC等共同承担．该课题第二阶段是研制15kV／1.2kA的桥路型高温超导限流器，其研究工作已于1999年底基本完成．试验表明，它能短路电流从20kA限制到4kA．德国、英国，日本，法国和以色列等国家也在高温超导限流器方面做了大量的研究开发工作．

中国科学院电工研究所开展了桥路型超导限流器的研究，1998年研制成一台1kV/l00A的桥路型超导限流器样机．1998年以来，在探索低造价、高性能的新型高温超导限流器方面和高温超导电力应用基础研究方面作了大量的工作，已经提出了一种新型高温超导限流器的原理．这一新型的高温超导限流器能克服目前国际上流行的桥路型，磁屏蔽型和饱和电抗器型超导限流器的缺点，而同时又具备桥路型反应速度和恢复速度快的优点。

相信随高温超导材料性能提高，限流器结构进一步完善，作为电力系统正常运行的保护神，必将发挥其更大作用。