磁屏蔽感应型超导限流器的工作原理详解

一般磁屏蔽感应型超导限流器的结构如6.6所示，它由铁心、一次铜绕组、二次超导屏蔽筒和冷冻箱构成。铜绕组串接在输电线路中，正常运行时，超导筒内的感应电流小于它的临界电流，超导筒处于超导态，从而屏蔽铜绕组产生的磁通，装置的阻抗仅由一次铜绕组与二次超导屏蔽筒之间的漏磁决定，阻抗很小。短路故障时，超导筒内电流超过其临界电流值，超导体进入正常态，一方面，磁通穿过铁心，引起铜绕组的电感突然上升，另一方面，突然增大的超导筒电阻也折算到一次侧，从而使得限制器的阻抗急骤上升，达到限制短路电流的目的。

图6.6　磁屏蔽感应型超导限流器结构示意图

在磁屏蔽感应型超导限流器中，电压、电流、阻抗关系可表示为

式中，i₁、R₁、L1分别为一次铜绕组的电流、电阻和自感，i₂、R₂、L₂分别为二次超导筒的电流、电阻和自感，M为铜绕组和超导筒的互感，u₁为一次铜绕组两端的电压。

设铜绕组、超导筒和铁心的半径分别为r₁、r₂、r_core，铜绕组和超导筒的高度为h，真空磁导率为μ₀，铁心的相对磁导率为μ_r，线圈匝数为N，当发生短路故障，超导筒失超时，铜绕组和超导筒的自感和互感的转变为

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实际上，此时的限流器相当于一个铁心变压器，可以采用含理想变压器的模型来等效，如图6.7所示。

图6.7　磁屏蔽感应型超导限流器等效电路

图中，TX为理想变压器，L_s1为铜绕组的漏感，L_s2为超导筒漏感，L_M为互感引起的等效电感，R₁为一次铜绕组的电阻，R₂为二次超导筒的电阻，其关系可表达为

铜绕组的漏感L_s1是铜绕组与超导筒的漏磁通产生的自感，超导筒的漏感L_s2=0，表明穿过超导筒的磁通几乎都要穿过铜绕组。工作时，将负载与一次铜绕组串联，正常状态下，超导筒的电流小于其临界电流，处于超导态，从而屏蔽铜绕组产生的磁通，筒内无磁通通过，此时相当于图6.7中的L_M被短接，而超导筒的电阻R₂也为0，磁屏蔽感应型超导限流器的阻抗仅由铜绕组的电阻和铜绕组的漏感L_s1决定，非常小，对电网的运行影响很小。

若负载短路，超导筒将因感应电流超过临界值，失超转入正常态，超导筒的电阻R₂将不为0，超导筒失去屏蔽作用，此时相当于L_M的短接线断开，模型电路完整地接入系统中，限制短路电流。