超导故障限流器在电力系统中的应用分析

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1、华中科技大学硕士学位论文l：___-_-_________-__l_#______-·_·_-_____-#_要解决以上诸多现代电力工业面l临的技术难题，虽然丛传统的常规技术中也能找到一些办法，但这些技术只能丛技术角度对现有系统作某些改进，难以产生重大的突破和革命性改变，但应用超导技术却是解决这些重大问题的有效途径，或可以带来革命性的突破。1．2超导电力技术的基本概念1．2．1超导电性的历史o”I1911年，荷兰物理学家卡末林一昂内斯(HeikeKameflingh-Onnes)在4．2K将氦气转变为液体后【8一，在研究液氮温度的物理过程中发

2、现，贡的电阻在4．2K时减少至零，且去掉外电场后，电流可持续流动。因而把这种性质称为超导性，把具有这种性质的物质称为超导体(即为低温超导体：LowTemperatureSuperconductor,LHS)。其后，又陆续发现了超导体的许多特性以及许多可能的应用。这些使超导体成为20世纪物理学的重要发现之一。然而从1911年到1986年间，所发现的超导体大多数为金属及合金，最高的Tc是铌和锗的合金所达到的23K。与1911年的4．2K相比，只提高了19K，进展相当缓慢。但意外的进展发生在瑞士的苏黎世的IBM实验室罩。年长的科学家K．A．MUll

3、er和较年轻的J．G—Bednorz博士于1986年1月27日突破了Tc为23K的大关，他们在La-Ba-Cu．O系中发现了Tc为30K的超导现象，这个发现在全世界物理界引起极大的震动。之后不久就在世界范围内掀起探索、研究高温超导体(Hi。ghTemperaturesupereonductor,HTS)的热潮。随后美国、日本、中国的物理学家相继发现转变温度高于90K的超导体，从而开创了液氮温区超导体的新时代。到现在在一定条件下超导体的转变温度可达到140多K。超导材料及相关基础学科的进步为发展超导电力技术提供了前提条件。1．2．2超导电力优越

4、性llol应用超导技术可以解决上述电力工业科学技术面临的很多问题。与常规技术相比较，应用超导技术具有表1．1所示的优越性能f3】，它可以解决若干现有的常规技术难以解决的电力系统中的重大难题。华中科技大学硕士学位论文表1．1超导电力的优越性超导电力装置与常规电力装置相比的优越性体积减小和重量减轻使占据空间减小，本身及相关设备的成本降低，使用资超导电机源减少：同步电抗减小而使稳定送电极限提高：电阻减小使效率提高，使一次能源消费量减少；超导电动机改善负荷特性和效率体积减小和重量减轻使占据空间减小，相关成本下降，大城市中的变电站建超导变压器设成本下降

5、：因零电阻而使效率提高：冷却媒体的不可燃特性提高了安全性可输送大容量、高密度的电力。使大城市的高密度供电及跨海大容量送电成超导输电电缆为可能，也使电厂选址自由度增大：较低的送电电压使系统对绝缘的要求减轻，集中输送大容量使电网结构简化，系统整体成本及损耗降低是现在电力系统中所没有的新概念电力设备；限制短路电流使得系统电气超导限流器设备对电磁、热的技术指标降低、成本下降：提高系统稳定性，改善系统动态特性超导磁储能系统大中型的可以调节负荷峰值：中小容量的可以为系统提供快速响应容量，提与超导磁悬浮飞高稳定性，改善电网品质：也可提高分散电力系统的性能和

6、作为重要用户的轮储能紧急备用电源超导发电机可以使发电机的同步电抗减少到常规发电机的1／3，从而提高发电机的稳定送电极限；超导电缆可以降低电网损耗，减少输电线路占地面积，并以较低电压输送巨大容量的电能，为大城市高密度送电提供保证；电压等级的降低，还会使系统的绝缘水平下降，电网结构得到改善，从而带来巨大的经济利益；超到故障限流器可以有效限制系统的短路电流，从而降低系统中的电气设备的电磁、电动和热的指标。1．2．3超导电力的研究现状111-13I超导器件不仅可以替换传统电力系统中的每一个组件，还将给系统带来一些新的特性，提供一些新的功能。例如，为了

7、限制变电站的最大故障电流就必须安装机械断路器，但其动作要经过几个短路电流周期并且要经过零电流点，现在一些大规模的超导故障电流限流器(SuperconductingFaultCurrentLimiter,SFCL)已设计出来，它能在几分之一周期内将电流限制在我们可以接受的值，且能多次重复使用。为了获得更好的电力质量通常需要一些储能装置。用超导作成的两种储能装置可以满足这种需要，一种是超导磁储能(SuperconductingMagneticEnergeStorage，SMES)，另一种是飞轮储能。下面将分别对超导在电力系统中的应用技术进行简要阐

8、述。1)超导电缆4华中科技大学硕士学位论文二十世纪六十年代低温超导技术的实际应用提高了人们对用超导技术传输大容量电力的兴趣，之后关于研制地下超导传输电缆的计划相继在