一种低温冷却ＨＴＳ电缆被配置为包含在公用事业电网内，所述公用事业电网具有在没有所述低温冷却ＨＴＳ电缆的情况下将发生的最大故障电流。所述低温冷却ＨＴＳ电缆包括用于使液体致冷剂循环的连续液体低温冷却剂路径。ＨＴＳ导线的连续挠性布置具有使所述最大故障电流衰减至少１０％的阻抗特性。所述ＨＴＳ导线的连续挠性布置被配置为允许所述低温冷却ＨＴＳ电缆在发生所述最大故障条件期间在ＨＴＳ导线内以最大温升工作，所述最大温升低到足以防止在所述液体致冷剂内形成气泡。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高温超导(high temperature s叩erconducting)装置， 更具体而言，涉及被配置为充当故障电流限制装置的HTS装置。
技术介绍
随着全世界的电力需求持续显著增加，公用事业公司已在努力从发电的观点以及供电的观点出发满足这些日益增长的需求。由于现有安装的输配电基础设施的容量有限以及可用于增加附加传统输配电线路和电缆的空间有限，经由输配电网络向用户供电对公用事业公司仍是一项重要挑战。这在可用于扩展容量的现有 空间非常有限之拥挤的城市和大都市区中尤其显著。目前，正在开发使用高温超导(HTS)导线的挠性长距离电力电缆以 增加公用事业输配电网络的电力容量，同时保持相对小的占用面积以使安装更容易 并使用对环境而言清洁的液氮进行冷却。对于本专利技术，将HTS材料定义为临界温 度在30开氏度(-243摄氏度)或以上的超导体，其包括诸如稀土或钇钡铜氧化物(在本文中称为YBCO);铊钡钙铜氧化物；铋锶钙铜氧化物(在本文中称为 BSCCO);汞钡钙铜氧化物；以及二硼化镁等材料。YBCO的临界温度约为90K。 BSCCO的临界温度当为一种组成时约为90K且当为第二组成时约为IIOK。 MgB2的临界温度达到约40K。应理解，这些组合物家族包括可能的替代物、添加物和杂 质，只要这些替代物、添加物和杂质的临界温度不降低至低于30。 K即可。此类 HTS电缆允许在公用事业电力网络的拥挤区域内经济且可靠地提供更多的电量， 从而减缓拥挤度并使公用事业公司能够解决其输配电容量问题。 HTS电力电缆使用HTS导线作为用于输配电的电缆的主要导体(即代 替传统的铜导体)。与传统架空线路和地下电缆相比，HTS电缆的设计在其超导 工作状态下得到明显降低的串联阻抗。这里，电缆或线路的串联阻抗是指载送电力 的导体的电阻阻抗和与电缆架构或架空线路相关的电抗(电感)阻抗。对于相同横 截面积的电缆，HTS导线使得载流容量与传统交流(alternating current; AC)电缆 相比增加三至五倍；与传统直流(direct current; DC)电缆相比增加高达十倍。 HTS电缆可以设计为具有以螺旋形式缠绕在连续挠性波纹成形体 (corrugated former)周围的HTS导线，或者其可以具有成各种堆叠和扭转配置的 多根HTS导线。在所有这些情况下，电缆均可以是连续挠性的，以便其可以方便 地缠绕在巻筒(drum)上进行运输并弯弯曲曲地安装在管道中或其它电力装置之 间。HTS电缆可以设计为具有与HTS导线接触并沿着电缆的长度流动的液体致冷 剂。液氮是最常用的液体致冷剂，但对于如二硼化镁等低温超导材料，可以使用液 氢或液氖。除容量问题之外，由于增加的电力需求(以及由此引起的发电及通过 输配电网络传输的功率水平的增加)而对公用事业公司引起的另一个严重问题是由 于"故障"而引起的"故障电流"。故障可以起因于网路装置故障、自然事件(例 如雷电)、人为事件(例如汽车事故撞断电线杆)、或会导致对地短路或从公用事 业网络的相间短路的任何其它网络问题。 一般而言，此类故障表现为立即体现在公 用事业网络上的极大负载。响应于此负载的出现，网络试图向该负载输送大量的电 流(即故障)。电网的网络中的任何给定链路(link)均可由最大故障电流来表征， 在导致最大故障条件的短路期间在没有故障电流限制措施的情况下将流过该最大 故障电流。在大型电网中，故障电流可能非常大，以致于在没有故障电流限制措施 的情况下，电网中的大部分电气设备可遭到损坏或毁坏。防止故障电流的传统方法 是迅速断开断路器并完全停止电流和功率流动。与断路器相关的检测电路监测网络以检测故障(或过电流)情况的存在。在几毫秒的检测内，来自检测电路的激活信号可以触发断路器断开以防止对各 种网络部件的破坏。目前，现有的断路器装置的最大能力是80,000安培，且这些 仅仅是用于输电水平电压。在上世纪建造的公用事业网络的许多部分被建造为具有只能耐受40,000至63,000安培故障电流的网络装置。遗憾的是，随着公用事业网 络的发电和输电水平的提高，故障电流水平提高至在输配电水平电压下均将超过目 前安装的或现有技术断路器装置的能力(即大于80,000 amps)的程度。即使在较 低的故障电流水平下，使整个电网中的断路器从一个水平升级至较高水平的成本也 可非常高。因此，公用事业公司正在寻找新的解决方案以应对提高的故障电流水平。 在大多数情况中，需要将故障电流降低至少10%才能实现电网运行的明显改善。 正在开发的一种此类解决方案是称为HTS故障电流限制器(fault current limiter; FCL)的装置。 HTS FCL是互连到公用事业网络的专用装置，用于将故障电流的幅值 降低至传统、容易得到或已经安装的断路器可以处理的水平。参见Supercond Sci. Teehnol. 20 (2007) R15 - R29中由Noe和M. Steurer所著的"High - Temperature Superconductor Fault Current Limiters"。此类HTS FCL通常由短的刚性模块构成， 这些短的刚性模块由HTS材料的实心棒或圆柱制成，当在其超导临界电流以上将 这些短的刚性模块驱动至电阻性状态时，其具有非常高的电阻。遗憾的是，此类独 立HTSFCL目前相当大且相当昂贵。在最需要HTS电缆的人口密集的都市环境中 的变电站中，空间特别受到重视。公用事业公司还可以使用大型电感器，但是它们 可能会造成额外的损耗、电压调节和电网稳定性问题。而且，遗憾的是，出色的电 流限制器(例如熔丝)在每次故障事件之后均需要更换。此外，虽然正在开发新的 电力电子FCL，但存在关于其是否能够保证故障安全及其是否能够可靠地扩展至 输电电压水平的问题。为了使HTS电缆能够经受故障电流的流动，结合HTS导线而引入了 大量的铜，但这会增加电缆的重量和尺寸。参见将在IEEE Transaction on Applied Superconductivity中发表的由J. F. Maguire, F. Schmidt, S. Bratt, T. E. Welsh, J. Yuan， A. Allais禾卩F. Hamber所著的"Development and Demonstration of a Long Length HTS Cable to Operate in the Long Island Power Authority Transmission Grid"。铜常常土真充 HTS电缆的芯中以螺旋形式缠绕有HTS导线的中央成形体，此会防止芯被用作液氮流动通道。或者，尤其是对于多相电缆，在电缆的螺旋形缠绕的层内将铜导线与HTS导线混合。这些铜导线或结构可在电气上与HTS导线并联，并可称为HTS电 缆内的"铜并联支路(copper shunts)"。在存在超过电缆的HTS导线的临界电流 的大故障电流的情况下，它们停止导电或切换至电阻性状态，并由于电阻fR损耗 (其中I是电流且R是电缆的电阻)而变热。这些铜并联支路可被设计为吸收和载 送故障电流以防止HTS导线过热。铜的量非常大，以致于其在电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温冷却高温超导（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ；ＨＴＳ）电缆，被配置为包含在公用事业电网内，所述公用事业电网具有在缺乏所述低温冷却ＨＴＳ电缆的情况下将发生的最大故障电流，所述低温冷却ＨＴＳ电缆包括： 连续的液体低温冷却剂路径，用于使液体致冷剂循环；以及 ＨＴＳ导线的连续挠性布置，具有使所述最大故障电流衰减至少１０％的阻抗特性，所述ＨＴＳ导线的连续挠性布置被配置为允许所述低温冷却ＨＴＳ电缆在发生最大故障条件期间在所述ＨＴＳ导线内以最大 温升工作，所述最大温升低到足以防止在所述液体致冷剂内形成气泡。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：DC弗尔兹，J马圭尔，J袁，AP马洛莫夫，
申请(专利权)人：美国超导公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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