电阻型超导限流器的基本工作原理

《智能电网技术》^[1]中将超导限流器作为超导电力应用的重点内容进行介绍。其中提及目前世界上已有多种超导限流器产品，其中多数为电阻型，主要是由于电阻型限流器结构最为简单、设计较为紧凑、产品体积小、重量轻^[1]。超导限流器在电力系统中的作用是明显的，但就目前技术水平而言尚限于中低压电网中使用。从应用角度看，超导限流器目前还没有被大规模商业推广，仅仅处于挂网试运行阶段。由于超导块材工艺复杂、制作周期长、成本高，目前各国已经把研究重点转移至利用超导带材制备的超导限流器中。

电阻型超导限流器结构如图5.1所示。R_SC为超导限流器的超导部分，R_P是与超导部分并联的分流电阻，其主要功能是防止短路过程中超导体过电流烧毁。当系统正常运行时，超导部分处于超导态，R_SC为0，电流几乎全部从超导部分流过；当系统发生短路故障时，系统电流超过超导材料临界电流值，造成超导材料失超产生电阻，实现限流效果，且随着短路的深入、超导部分等效电阻逐渐增大，系统电流越来越多地转向分流电阻，从而实现分流电阻对超导部分的保护^[2]。系统短路故障切除后，由于制冷媒介的散热，超导部分温度逐渐下降，直至恢复至超导态，为下一次短路做好准备。

德国Siemens与加拿大Hydro-Quebec合作，于1999年研制出了第一台0.77kV/135A三相电阻型超导限流器^[3]，并在此基础上于2000年完成了8kV/1MVA的超导限流器的研发^[4-5]。由于电阻型限流器无需保护控制系统，完全依靠超导材料的自身物理特性实现限流，其结构简单且可模块化扩展，随着二代高温超导带材制备工艺的不断提高和材料成本的快速下降，近年来电阻型超导限流器已成为研究热点，国际上有多项限流器示范项目采取该技术路线。

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图5.1　电阻型超 导限流器结构示意图

本章节中将以上海交通大学2014年挂网运行的10kV/70A电阻型超导限流器为例阐述电阻型超导限流器的具体设计流程^[6]。在此基础之上，将对ECCO-FLOW项目^[7]、意大利电网^[8]、上海市电网中实际运行的超导限流器案例做介绍。