磁屏蔽感应型超导限流器的改进设计

普通磁屏蔽感应型超导限流器在大电流短路故障时，左、中、右三腿的铁心都会迅速达到饱和，使得磁阻接近于无限大，导致限流阻抗急剧下降，达不到稳定限制大短路电流的目的，因此研究人员陆续提出磁屏蔽感应型超导限流器的改进设计。

Sokolovsky等人提出，在中间铁心上增加了一段空气隙，有助于阻止大电流时限流阻抗急剧下降，但不能减小失超恢复时间。TaeKukKo等人为减小失超恢复时间，在铁心上增加了限流铜环的设计，但没有空气隙，因此这种设计在大电流时依然会使铁心饱和，引起限流阻抗急剧下降，因而不能稳定限制大短路电流。综合以上两种改进设计，湖南大学张晚英等人提出综合改进型设计，即同时增加空气隙和限流铜环。这样，在大短路电流时，不会引起铁心饱和，不会出现限制阻抗急剧下降的现象，而且可减小失超恢复时间。

改进的磁屏蔽感应型超导限流器原理图如图6.9所示，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，处于超导态，从而屏蔽铜绕组产生的磁通。由于空气隙的磁阻很大，磁通的路径主要经由没有空气隙的铁心右腿（第三腿），因而限流铜环在正常运行时的阻抗非常小，可以忽略不计，装置的阻抗仅由一次铜绕组与二次超导筒之间漏磁产生的电抗和一次铜绕组的电阻组成，总阻抗小。

短路故障时，超导筒内电流超过临界电流值，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，突然增大的超导筒电阻折算到一次侧；另一方面，限流铜环因磁通增大，其阻抗也相应增大，也反映到一次侧，使得一次侧的阻抗进一步增大。在失超恢复过程中，因限流铜环的分流作用，使超导筒的恢复时间减少。如果磁通的增加没有达到铁心饱和，磁通还是主要流经没有空气隙的右腿铁心，此时限流铜环的限流阻抗，虽比正常电流时有所增加，但增加的幅度并不大。(www.xing528.com)

如果磁通增加到一定程度，使得有较低饱和磁感应强度的右腿铁心首先达到饱和，而有较高饱和磁感应强度的左腿铁心和中腿铁心还没有达到饱和，此时右腿铁心的磁阻急剧上升，甚至超过了有空气隙的中腿铁心，使得大部分磁通的路径，从右腿改至中腿，而中腿铁心因存在空气隙，使得磁路上的磁阻增加，大短路电流也难以达到饱和区。限流环的阻抗也将因磁通路径的改变而急剧上升，反映到一次侧，使得一次侧的阻抗增大。此时如果没有空气隙和限流铜环，因铁心饱和而使得磁路的磁阻急剧上升，从而引起限流器阻抗急剧下降，几乎不能限制短路电流。如果不采用空气隙和限流铜环，而要限制大故障电流，则铁心的尺寸、重量和造价都要大大增加^[24-29]。

图6.9　改进的磁屏蔽感应型超导限流器