【正文】 的損耗變得較大而且十分費(fèi)力，而且在故障發(fā)生時(shí)過路電壓隨之較高，故障發(fā)生后磁通量充滿會導(dǎo)致電流電壓發(fā)生不正常變化。所以這也就導(dǎo)致開發(fā)的電阻型 SFCL 的限定電流沒有達(dá)到 2KArms。 各種超導(dǎo)故障限流器的特點(diǎn)比較 結(jié)構(gòu)容易、反應(yīng)速度迅速、尋常狀況之下壓降比較低以及逐漸指導(dǎo)實(shí)際操作等是電阻型 SFCL 的優(yōu)勢。 三相電抗器型 SFCL 圖 三相電抗器型 SFCL原理圖 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 上圖所示的是三相電抗器型零阻礙阻礙限制流器是由三個(gè)圈數(shù)相同的零阻礙繞組元素組成，尋常情況之下，均衡的三相電流之間的和為 0，磁通變化在鐵芯之間不具備，而且裝置具有較低的阻抗；當(dāng)具有單相接地電流不通過電流直接接通情況發(fā)生 時(shí)，非均衡的三相電流，會使得裝置的阻抗瞬間增大，也就為 SFCL 的大的零序阻抗控制阻礙電流提供了條件。 飽和鐵芯電抗器型 SFCL 圖 飽和鐵芯型 SFCL原理圖 上圖所描繪的是飽和電抗器型超導(dǎo)阻礙限制電流器，它是由兩個(gè)鐵芯電抗器組合形成，而且兩個(gè)鐵芯之中分別有一個(gè)非交流的零阻礙繞組以及非直流的控制繞組，而其中直流零阻礙繞組只能與直流偏壓源相組合，而且兩個(gè)不是屬于直流的控制繞組將會非并聯(lián)在線路之中。 一般尋常情況之下，功率在線圈 L 無損失的基礎(chǔ)是直流偏流源 DC，因?yàn)樵谄浠A(chǔ)之下，流過線圈 L 的值是非常小的。它的操作原理是利用超導(dǎo)素材在直流電下不具有阻載流特征，而不是將超導(dǎo)素材由超導(dǎo)到無超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 磁屏蔽型 SFCL 圖 磁屏蔽型 SFCL原理圖 磁屏蔽型 SFCL 的三大組成部分分別就是最外圈的銅線、中層的超導(dǎo)圓柱以及最內(nèi)層的鐵芯同軸，上圖所示的是磁屏蔽型 SFCL 正常操作的情況，超導(dǎo)圓柱為零阻礙，外圈的銅線以及零阻礙屏蔽筒間的氣隙漏磁可以用來確定裝置的阻抗，發(fā)生短路情況時(shí)，零阻礙環(huán)的電流值迅速的增加到臨界值，從而產(chǎn)生了較大的電流阻力，使得銅線圈的磁通可以運(yùn)行，帶動磁屏蔽型 SFCL 裝置的阻抗值增大，最終使得控制故障電流得到成功。 變壓器型（感應(yīng)型） SFCL 圖 變壓器型 SFCL原理圖 上圖所描繪的機(jī)器是變壓器型超導(dǎo)阻礙控制電流器，其中主要是將改變交流電壓的裝置副邊繞組跟電阻型超導(dǎo)阻礙限制電流器進(jìn)行組合，而同時(shí)改變交流電壓的裝置的原邊繞組非并聯(lián)在輸電線路中。如果出現(xiàn)問題的時(shí)候，副邊的電流就會變大，那么超導(dǎo)線圈就會失效，在串聯(lián)時(shí)，副邊就會自動的加入一個(gè)大電阻，那么很多的電流就會流入原邊，被原邊的電抗阻礙著；并聯(lián)的時(shí)候，超導(dǎo)線圈突然變成大電阻，那么變壓器的阻抗就會加大，對出現(xiàn)問題的電流就會起到阻礙的 作用。這種類型的變壓器，他的副邊比原邊進(jìn)行繞組的多很多，這就導(dǎo)致了超導(dǎo)線圈的電流變小。 混合型 SFCL 圖 混合型 SFCL原理圖 混合型 SFCL(圖 )于 1992 年被人提出的，它的組成部分是超導(dǎo)線圈與變?nèi)A北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 壓器構(gòu)成的。 圖 第 I類超導(dǎo)體 圖 第 II類超導(dǎo)體 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 各類超導(dǎo)故障限流器的工作原理 電阻型 SFCL 圖 電阻型 SFCL原理圖 電阻型 SFCL 的工作原理簡單的說就是超導(dǎo)體變成失導(dǎo)體的狀態(tài)。 用超導(dǎo)體內(nèi)沒有電阻和邁斯納效應(yīng)，我們把超導(dǎo)體劃分為兩個(gè)大類，就是第I 類超導(dǎo)體和第 II 類超導(dǎo)體。對這個(gè)公式進(jìn)行微積分表達(dá)就是： Ej ???? （ 21） 其中， j 代表的是電流密度矢量， ? 是電導(dǎo)率， E 是電場強(qiáng)度。但是其實(shí)這是不正確的。 Meissner 效應(yīng)是超導(dǎo)體最基本的特點(diǎn)。當(dāng)這兩種粒子相互碰撞，就會形成兩種后果：一是自由電子把能量傳遞給正離子，就會讓正離子的熱振動加快；還有一個(gè)就是自由電子改變了原來的運(yùn)動方向，就叫做散射。里面的正離子在不停的做著熱振動。當(dāng) T=Tc 時(shí)，電阻 R=0。左圖顯示的是金屬電阻和溫度之間的曲線，當(dāng) TTc 時(shí)， R 與 T 是線性關(guān)系。由此，我們通過 Matlab 的 Simulink 平臺對一種橋式 SFCL 模型進(jìn)行仿真研究，在若干假設(shè)和等效條件下，通過系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和故障態(tài)時(shí)各處電流的仿真，以及在故障態(tài)時(shí)與傳統(tǒng)故障限流器的比較，驗(yàn)證了這種限流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。高溫超導(dǎo)故障限流器（ HTSFCL）正是利用了這些特性工作在超導(dǎo)與失超兩種狀態(tài)，具有損耗低、能自動觸發(fā)、自動復(fù)位、可多次動作等特點(diǎn) ,對于 HTSFCL，由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為電阻型、橋路型、磁屏蔽型、變壓器型、飽和鐵華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 心型、三相電抗器型，它們具有不同的結(jié)構(gòu)、工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，往往根據(jù)需要來選擇。裝設(shè)故障限流器是解決短路故障的重要手段，但傳統(tǒng)的限流器其容量日漸不能滿足需求、損耗大、反應(yīng)較慢等問題亟待解決，為此，超導(dǎo)故障限流器（ SFCL）就是新興的限流技術(shù)，相比傳統(tǒng)限流器，不僅很好解決了以上問題，甚至逐漸得到了實(shí)際應(yīng)用，對于 SFCL，目前國內(nèi)外正積極進(jìn)行研究，已取得了一些成果。 若高溫超導(dǎo)材料的研究，生產(chǎn)工藝和性能取得新突破，低交流損耗的大電流超導(dǎo)電纜、高電壓高溫超導(dǎo)交流電纜及高溫超導(dǎo)線保護(hù)等問題能解決，那么就高溫超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用而言，最先得到實(shí)際應(yīng)用的將是超導(dǎo)故障限流器，因此 SFCL 在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，到 2020 年，我國對高溫超導(dǎo)限流器的市場需求 已 達(dá)到 4 萬臺，因此， 對于超導(dǎo)故障限流器的研究有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 8 月 13 日 高溫超導(dǎo)限流器樣機(jī)經(jīng)過三次 10. 5 千伏充壓試驗(yàn)，投入高溪至百畝一線進(jìn)行 24 小時(shí)空載試驗(yàn)。 2020 年底，中國科學(xué)院電工研究所、中國科學(xué)院理化所、北京藍(lán)天高科技公司共同研制出 10. 5 千伏 //1. 5 千安三相高溫超導(dǎo)限流器樣機(jī)，并對樣機(jī)進(jìn)行了各項(xiàng)并網(wǎng)前的檢驗(yàn)和模擬試驗(yàn)。 澳大利亞 臥龍崗大學(xué) 超導(dǎo)和電子材料中心在竇士學(xué)教授的領(lǐng)導(dǎo)下于 1997 年研制出套銀陶瓷 HTC 線材， 在 77K 液氮溫度及零外場的條件下，臨界電流密度Jc 達(dá)到 6. 9KSA/cm 2，利用其制備的 HTCSFCL 在 6. 9KV 電網(wǎng)上試驗(yàn)結(jié)果證明華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 其能有效地抑制故障電流 [17]。 997 年開始至今，德國卡爾斯魯厄研究中心 (FZK)的技術(shù)物理所 ,卡爾斯魯厄大學(xué)電機(jī)系、以色列特拉維夫大學(xué)電機(jī)系及 Hoechst AG 公司一直在合作開展感應(yīng)型 SFCL 的研制及試驗(yàn) [15]。 瑞士 ABB 公司利用 Bi2212 研制成功三相 1. 2MW 的磁屏蔽型超導(dǎo)故障限流器 ， 并準(zhǔn)備安裝在 Lontsch 變電站投入試運(yùn)行 [14]。 法國電力公司 , GEC Alsthom 公司和 阿爾卡特 在日本，成蹊大學(xué)和中央電力試驗(yàn)研究所于 1998 年用 NbTi 研制出了600V/6A 的三相電抗器型 SFCL，并且進(jìn)行了入網(wǎng)試驗(yàn)。馬丁公司就已經(jīng)開始了橋路型 SFCL 的研究工作；后來在美國能源部的支持下成功實(shí)驗(yàn)了一臺。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，美國、德國、口本、法國、瑞士、澳大利亞、加拿大和中國等國都相繼開展了 SFCL 的研究工作。 采用高阻抗設(shè)備 可以采用分裂低壓繞組變壓器和高阻抗主變等等設(shè)備。 選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式 電網(wǎng)分成分區(qū)操作： 通過這樣的方式去管理電流有很多優(yōu)勢：比方說具有很清楚的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以很好的去進(jìn)行管理和處理問題，在供電上也有了很好的保障等； 使用分裂運(yùn)行的方法： 很多個(gè)母線分裂操作或者是母線分段操作，這樣就讓電流里的阻抗變大了，就能實(shí)現(xiàn)阻礙短路電流的目的。在日常 的維護(hù)中要仔細(xì)的排查，如果出現(xiàn)問題要迅速的搶修 [2]。 在有電纜的地方要進(jìn)行標(biāo)注，提醒人們這里有電纜設(shè)備，引起百姓的注意。 對電力設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的管制，不能隨便讓事物靠近，導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)損壞。 電力操作人員在作業(yè)的時(shí)候要注意自己的操作步驟，不能出現(xiàn)一些失誤和錯(cuò)誤。 在變電所安裝一些設(shè)施，變壓器的周圍和線路中裝備一些裝備，盡量的去避免一些自然損傷，比方說避雷針等。只有讓短路問題造成的損害降到最低點(diǎn)，才會讓整個(gè)電力體系得到正常的運(yùn)作，那么 要經(jīng)歷做到下面的幾點(diǎn)： 仔細(xì)的對短路電流做出計(jì)算，依據(jù)算出的結(jié)果去安裝合適的設(shè)備，要求電氣設(shè)備的額定電壓和線路中的額定電壓是相吻合的。 不對稱接地短路產(chǎn)生的不平衡磁通，會在臨近通信線路感生電動勢，造成對通信系統(tǒng)的干擾，甚至危及設(shè)備和人生安全。 短路相當(dāng)于改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必然引起系統(tǒng)功率分布的變化，發(fā)電機(jī)輸出功率也相應(yīng)變化。短路電流流過電氣設(shè)備時(shí)，其熱效應(yīng)引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞，另一方面，導(dǎo)體會受到很大電動力的沖擊，可能是導(dǎo)體變形，甚至損壞。短路時(shí)，因短路回路的阻抗驟減，根據(jù)暫態(tài)過程的分析，短路電流將驟然增大，可能超過該回路額定電流的許多倍。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，各類短路發(fā)生幾率不同，根據(jù)某些系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)資料我們可以做出如下扇形圖： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 電力系統(tǒng)斷路故障類型 從圖中我們可以看到最常發(fā)生的是單相接地短路，三相短路發(fā)生概率最小，但其造成的后果危害最嚴(yán)重。短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況之外的一切相與相或相與地之間的短接，導(dǎo)致短路發(fā)生的原因是絕緣受到破壞。隨著柔性交流輸電華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 (Flexible AC Transmission System)技術(shù)的發(fā)展 ， 超導(dǎo)技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合 ，使得 HTSFCL 在輸配電網(wǎng)的應(yīng)用研究成為 21 世紀(jì)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的前沿課題之一 ， 因此分析和研究高溫超導(dǎo)限流器的結(jié)構(gòu)及暫態(tài)運(yùn)行特性具有實(shí)際意義 [8]。 HTSFCL 具有損耗低、能自動觸發(fā)、自動復(fù)位、可多次動作等特點(diǎn) ， 以其自身獨(dú)特的優(yōu)越性成為限流技術(shù)領(lǐng)域中相當(dāng)活躍的組成部分 [7]。這些優(yōu)點(diǎn)都是利用了超導(dǎo)材料的固有性質(zhì)，無需額外的輔助裝置，而限流程度可通過 SFCL 的結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)整 [6]。但是，通過改造電網(wǎng)結(jié)構(gòu)限制短路電流水平的費(fèi)用十分昂貴；改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，如 :斷開電磁環(huán)網(wǎng)、斷開母聯(lián)開關(guān)、兩段母線獨(dú)立運(yùn)行等，能有效地降低短路電流水平，卻在一定程度上犧牲了電網(wǎng)的可靠性；在設(shè)備端口裝設(shè)常規(guī)限流電抗器、高阻變壓器等，則會導(dǎo)致網(wǎng)損增加，降低系統(tǒng)的 穩(wěn)定性，且其容量日漸不足的問題亟待解決 [5]。 Once the power grid failure, SFCL quenches, in a circuit can produce large impedance, quickly and efficiently to limit fault current, it is a kind of ideal current limiting device. Begin with the short circuit fault,this paper introduces its causes,types,harms,and its protections briefly,the background and significance which based on proposes a new measure which used to limit the fault currentadd Superconducting fault current limiter(SFCL),and illustrates structures ,principles,advantages and disadvantages as well as the application of different types of SFCL,especially simulates the normal and fault state of the SFCL with a diode bridge by Simulink in the software basic supposes and