超导限流器工作原理解析

超导限流电抗器的限流原理是：在系统稳定运行时，超导限流器是低阻抗状态，当系统中突发短路电流时，限流电抗器会在短时间（约5ms）呈现出高阻抗的状态，以限制短路电流的大小，为断路器提供较有利的开断条件。

该35kV三相超导限流电抗器主要分为电抗系统、直流励磁系统、低温系统、监控保护系统、外壳5个部分，其中，直流励磁系统是限流器的控制部分，该系统的动作特性就直接决定了限流器的限流效果。饱和型超导限流电抗器，其原理是1982年由Raju等人提出的，其单相的原理图如图4.26所示，它是由两个完全相同的铁心电抗器组成，绕组部分是由超导（直流）绕组和交流绕组构成，其中一个铁心内的直流磁场与交流磁场同向，另一个与交流磁场反向，具有很大安匝数的直流超导偏置绕组使两个铁心处于深度的饱和状态，这样的结构可使得通过直流绕组的两个交流磁场相互抵消，当系统额定交流电流通过交流绕组线圈时，交流电流引起的交变磁场远不足以使铁心脱离饱和区，因此，整个串在系统的交流绕组在正常运行时呈现为极低电阻状态。当出现短路故障时，超导绕组的直流励磁系统会在极短的时间内，将超导绕组的直流电流降为0，铁心退出饱和态，交流绕组侧呈现出高阻抗以达到限制故障电流的目的。其结构图如图4.27所示。

图4.26　单相超导限流电抗器的原理图(www.xing528.com)

图4.27　三相超导限流电抗器的结构模型图

35kV超导限流器直流励磁系统包括超导绕组和直流控制电源两大部分。限流器的运行状态与直流控制电源的工作过程密切相关。在电网正常运行时，电源提供励磁电流将铁心偏置到深度饱和态，交流绕组呈现低阻抗，因此限流器对电网的运行影响较小，此时的限流器工作状态称之为稳态。当电网发生短路故障时，电网故障识别电路正确判断出电网故障，并向快速开关发出断开信号，指示快速开关动作，关断直流励磁电源的输出，使铁心退出饱和态，限流器呈现高阻抗，限制了电网中的故障电流，可以满足限流器后面的断路器安全切除，此时的限流器的工作状态称之为限流态。在限流器实现从稳态到限流态的过渡过程中，需要实现超导磁体中磁能的吸收，主要实现办法是在超导磁体两端并联高能压敏电阻。为满足断路器正确安全重合闸，在断路器合闸之前，电网故障识别电路监测到断路器断开后，命令直流励磁系统快速开关重新导通，使限流器铁心恢复到深度饱和态，确保限流器重新呈现低阻抗，此时的限流器的工作状态称之为恢复态。