一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)包括超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接超導(dǎo)電機(jī)，另一端通過快速切換開關(guān)連接至斷路器；故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至快速切換開關(guān)與斷路器的連接端，第一輸出端連接至串聯(lián)開關(guān)的控制端，第二輸出端連接至快速切換開關(guān)的控制端；限流電抗器與快速切換開關(guān)并聯(lián)連接；過壓保護(hù)元件與快速切換開關(guān)并聯(lián)連接。本實(shí)用新型專利技術(shù)在不顯著增加超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)側(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無功損耗。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)
本技術(shù)屬于電機(jī)故障保護(hù)
，更具體地，涉及一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
機(jī)端串聯(lián)電抗器是一種常用的短路保護(hù)措施，短路保護(hù)原理如圖1所示，將一組固定阻抗值的電抗器串入電機(jī)和變流器之間，不論正常運(yùn)行還是暫態(tài)運(yùn)行，電抗器均在系統(tǒng)中工作。當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，由于電抗器的存在，短路電流上升的速度和峰值都會(huì)受到限制，從而將短路電流限制在電網(wǎng)和電機(jī)可承受范圍內(nèi)，短路峰值轉(zhuǎn)矩也會(huì)得到限制。機(jī)端串聯(lián)電抗器的保護(hù)方式，在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電抗器自身產(chǎn)生的損耗會(huì)增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率，加劇散熱問題。而且，由于電抗器屬于感抗型設(shè)備，正常運(yùn)行中會(huì)增加無功損耗，影響電力系統(tǒng)的潮流分布及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。也會(huì)降低發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)，造成變流器容量和成本的增大，特別是在大容量超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)中，會(huì)顯著增加變流器的設(shè)計(jì)制造難度。在短路故障下，由于超導(dǎo)電機(jī)的短路電流較大，使得串聯(lián)電抗器的體積和重量較大，制造成本及難度極大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本技術(shù)提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其目的在于不顯著增加制造成本的基礎(chǔ)上，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中的超導(dǎo)電機(jī)如果采用常規(guī)電機(jī)的短路保護(hù)方式會(huì)導(dǎo)致制造成本高、實(shí)現(xiàn)難度大以及系統(tǒng)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。本技術(shù)提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；所述故障限流器用于當(dāng)所述電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)、所述變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；所述故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開關(guān)的另一端通過所述快速切換開關(guān)連接至所述斷路器；所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開關(guān)的控制端；所述限流電抗器與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接；所述過壓保護(hù)元件與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接。本技術(shù)還提供了一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器和斷路器；所述故障限流器用于當(dāng)所述變壓器側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；所述故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開關(guān)的另一端通過所述快速切換開關(guān)連接至所述斷路器；所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開關(guān)與所述變流器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開關(guān)的控制端；所述限流電抗器與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接；所述過壓保護(hù)元件與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接。其中，所述超導(dǎo)電機(jī)可以為超導(dǎo)電勵(lì)磁電機(jī)。本技術(shù)的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)采用故障限流器對(duì)超導(dǎo)電機(jī)的故障進(jìn)行保護(hù)，在不顯著增加電機(jī)機(jī)械支撐設(shè)計(jì)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無功損耗。【附圖說明】圖1是現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)電抗器短路保護(hù)原理框圖；圖2是本技術(shù)實(shí)施例提供的具有超導(dǎo)勵(lì)磁線圈的半超導(dǎo)電機(jī)基本構(gòu)造示意圖；圖3(a)是本技術(shù)第一實(shí)施例提供的串聯(lián)故障限流器短路保護(hù)原理框圖，主要應(yīng)用于當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)；圖3(b)是本技術(shù)第二實(shí)施例提供的串聯(lián)故障限流器短路保護(hù)原理框圖，主要應(yīng)用于當(dāng)變壓器側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)；圖4是本技術(shù)實(shí)施例提供的故障限流器基本原理圖；圖5是本技術(shù)實(shí)施例提供的故障限流器限流效果示意圖；圖6是本技術(shù)實(shí)施例1提供的含有超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)；圖7是本技術(shù)實(shí)施例2提供的含有固態(tài)限流器的超導(dǎo)電機(jī)短路保護(hù)系統(tǒng)。【具體實(shí)施方式】為了使本技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本技術(shù)，并不用于限定本技術(shù)。此外，下面所描述的本技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本技術(shù)提出了一種適用于超導(dǎo)電機(jī)的有效短路保護(hù)措施，在不顯著增加電機(jī)機(jī)械支撐設(shè)計(jì)制造成本的情況下，短路故障發(fā)生時(shí)，不僅保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)不被破壞，同時(shí)保護(hù)電網(wǎng)及電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行工況下，不會(huì)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)顯著增加有功或無功損耗。超導(dǎo)電機(jī)是采用超導(dǎo)體全部或部分替代電機(jī)中常規(guī)導(dǎo)電材料的一種電機(jī)。超導(dǎo)電機(jī)中超導(dǎo)材料可以為高溫超導(dǎo)材料或低溫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)電機(jī)的原理與常規(guī)電機(jī)相同，主要依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。在基本特性方面，由于超導(dǎo)線材通電電流密度遠(yuǎn)大于銅導(dǎo)線(100倍以上)，可以取消轉(zhuǎn)子和定子鐵芯，將氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)在遠(yuǎn)高于鐵磁材料磁飽和磁場(chǎng)的區(qū)域，而且超導(dǎo)繞組中沒有電阻損耗，降低了電機(jī)的損耗，由此而導(dǎo)致超導(dǎo)電機(jī)比常規(guī)電機(jī)具有更為優(yōu)良的特性，如體積小、重量輕；同步電抗小；效率高；出力范圍增大等。超導(dǎo)電機(jī)包括但不僅限于半超導(dǎo)電機(jī)，以半超導(dǎo)電機(jī)作為例，半超導(dǎo)電機(jī)指電樞繞組(勵(lì)磁繞組)采用超導(dǎo)線材，而勵(lì)磁繞組(電樞繞組)采用常規(guī)導(dǎo)電材料的電機(jī)。一種常用的具有超導(dǎo)勵(lì)磁線圈半超導(dǎo)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。超導(dǎo)電勵(lì)磁電機(jī)的體積小、重量輕等特點(diǎn)十分適合在低轉(zhuǎn)速、大扭矩的艦船推進(jìn)系統(tǒng)中使用，各國(guó)均投入精力研究超導(dǎo)電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)，如美國(guó)、德國(guó)等。此外，將超導(dǎo)電機(jī)應(yīng)用在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中也是一個(gè)新的研究方向，尤其是IOMW等級(jí)的大容量風(fēng)電機(jī)組。目前，超導(dǎo)電機(jī)在諸如電力系統(tǒng)、高速運(yùn)輸、航天航空、航海動(dòng)力、冶金工業(yè)等不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究方興未艾。一方面，由于超導(dǎo)電機(jī)中的磁通密度相對(duì)于常規(guī)電機(jī)高很多，超過了鐵磁材料的飽和值，為了降低重量，電機(jī)轉(zhuǎn)子或定子制造成無鐵芯結(jié)構(gòu)；另一方面，超導(dǎo)電機(jī)中的物理氣隙比常規(guī)電機(jī)大，這使得超導(dǎo)電機(jī)的電樞電感值較低。另外，由于阻尼筒具有良好的磁屏蔽作用，進(jìn)一步降低了超導(dǎo)電機(jī)的超瞬變電抗。以上原因造成了超導(dǎo)電機(jī)在發(fā)生外部短路故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很高的短路故障峰值電流和瞬態(tài)短路轉(zhuǎn)矩，可產(chǎn)生約20倍額定電流的沖擊電流以及10倍以上額定轉(zhuǎn)矩的沖擊轉(zhuǎn)矩，這不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)重的破壞因素，威脅到電網(wǎng)中其他設(shè)備的安全運(yùn)行，而且對(duì)超導(dǎo)電機(jī)本身也可能產(chǎn)生巨大的破壞作用，尤其在目前超導(dǎo)電機(jī)的造價(jià)高昂情況下，其損失巨大。如果不加以限制，短路轉(zhuǎn)矩可能損壞電機(jī)定轉(zhuǎn)子的機(jī)械支撐，使繞組變形甚至斷裂。因此，采用有效的短路保護(hù)措施對(duì)超導(dǎo)電機(jī)是十分必要的。本技術(shù)實(shí)施例提供的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3(a)和圖3(b)所示；當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，可以采用如圖3(a)所示的超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)；具體包括:依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；故障限流器用于當(dāng)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)超導(dǎo)電機(jī)、變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；所述故障限流器用于當(dāng)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)、所述變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行；?所述故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開關(guān)的另一端通過所述快速切換開關(guān)連接至所述斷路器；?所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開關(guān)的控制端；?所述限流電抗器與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接；?所述過壓保護(hù)元件與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超導(dǎo)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接在變壓器側(cè)的超導(dǎo)電機(jī)、故障限流器、斷路器和變流器；所述故障限流器用于當(dāng)機(jī)端發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)所述超導(dǎo)電機(jī)、所述變流器不被損壞以及電網(wǎng)側(cè)設(shè)備正常運(yùn)行； 所述故障限流器包括串聯(lián)開關(guān)、故障電流探測(cè)元件、快速切換開關(guān)、限流電抗器和過壓保護(hù)元件；所述串聯(lián)開關(guān)的一端用于連接所述超導(dǎo)電機(jī)，所述串聯(lián)開關(guān)的另一端通過所述快速切換開關(guān)連接至所述斷路器； 所述故障電流探測(cè)元件的輸入端連接至所述快速切換開關(guān)與所述斷路器的連接端，所述故障電流探測(cè)元件的第一輸出端連接至所述串聯(lián)開關(guān)的控制端，所述故障電流探測(cè)元件的第二輸出端連接至所述快速切換開關(guān)的控制端； 所述限流電抗器與所述快速切換開關(guān)并聯(lián)連接； 所述過壓保護(hù)元件與所述快速切換開關(guān)并...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曲榮海，劉迎珍，王晉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：新型
國(guó)別省市：湖北;42