一种双螺旋超导电阻型限流器、骨架以及超导带材绕制方法与流程

本发明涉及电阻型限流器技术领域，特别涉及一种双螺旋超导电阻型限流器、骨架以及超导带材绕制方法。

背景技术：

我国经济社会飞速发展，电网的负荷与容量也在随之不断扩大，一旦电网发生短路故障，巨大的短路电流就会造成严重的电力设备损坏。因此，为维护电网供电安全性与可靠性，必须抑制短路电流，电网中引入限流器是目前最为常见且较为有效的措施。

基于第二代高温超导带材的电阻型高温超导限流器结构原理简单，其利用高温超导体的失超电阻进行限流，具有重大的应用价值。这种限流器的核心结构是高温超导带绕制形成的线圈。目前传统的绕制方式，如图1和2所示，是先将单根高温超导带材01在用于匝间绝缘的梯形骨架02的支撑下，双向并绕形成单个盘式线圈。由于梯形骨架02易变形且不支持横向固定，单在骨架的支撑下线圈容易散架，故在两侧均需加装大型毂轮03固定，而后再将多个盘式线圈通过法兰串并联组合接入电网中。

上述电阻型高温超导限流器存在的主要问题是：(1)高温超导带材失超会大量产热，这会导致液氮沸腾而产生大量气泡，存在带材与带材之间用于匝间绝缘的骨架由于其齿状梯形结构，会使得失超产生的大量气泡滞留在高温超导带与骨架封闭形成的微孔内，这会减小超导带材表面与液氮的换热面积，增加换热热阻，导致失超复温时间延长。并且气泡的存在会降低系统的电绝缘性，危害系统的安全稳定运行。(2)传统用于绝缘支撑的绝缘骨架仅能为超导带材提供径向支撑，横向支撑则需要依靠加装在超导带材两侧的大型毂轮来固定，而大型毂轮由于其结构，会将位于该部分的超导带材“封死”在毂轮间，高温超导带与骨架封闭形成的微孔内的气泡唯一的横向逸出路径被毂轮阻挡，形成气泡无法逸出的“死区”。极度恶化超导带材的失超复温。(3)传统梯形绝缘骨架与带材的固定方式为面接触，近一半带材表面积无法与液氮直接接触。并且带材的绕制方法存在无规则性，绕制完成后，单根带材的不同部位的左右骨架排布可能不同。有可能是超导带材01一面与梯形骨架02接触，一面与液氮接触，形成小孔错位布置，如图3所示。也有可能某一位置超导带材01两面均与梯形骨架02接触，无液氮直接接触，而旁边超导带材01则两面均不与梯形骨架02接触，两面均与液氮直接接触，形成小孔正对布置，如图4所示。不同排布方式使得不同部位的带材与液氮接触面积不同，复温效果也会不同，从而导致失超不一致。

由此，增大高温超导带材与液氮的接触面积，且将高温超导带材与液氮接触面积一致化，加快因超导带材失超产生的大量气泡的耗散，是加快目前第二代高温超导带材线圈的失超复温时间，改善失超不一致性的关键所在。其次，传统的绕制方式往往需要多组盘装线圈组块串联接入电网，线圈与线圈之间的焊接工序复杂易出错，且多组线圈组合结构繁琐，占用空间大，用材浪费。

技术实现要素：

本发明提供了一种双螺旋超导电阻型限流器的骨架，结构简单，超导带材安装方便，可以增大高温超导带材与液氮的接触面积，加快带材的失超复温过程。

一种双螺旋超导电阻型限流器的骨架，包括：

多根支撑绝缘立柱，相互平行布置且设有间隔，所述支撑绝缘立柱自内向外螺旋排列形成双螺旋结构；

左底盘和右底盘，用于固定支撑绝缘立柱的两端。

本发明可以增大高温超导带材与液氮的接触面积，加快带材的失超复温过程，并且结构简单，节省空间的同时实现有效地绕制，上述结构可以尽可能多地缠绕超导带材，并且可以防止带材被挤压变形。

左底盘和右底盘镂空设置，加大气泡耗散空间。

为了提高带材的安装效果，优选的，每根支撑绝缘立柱上沿长度方向分布有相同数量相同间隔的多个带材固定件，同一根支撑绝缘立柱上相邻带材固定件之间的距离比超导带材宽度更长。上述结构可以设置在同一个高温超导电阻型限流器中设置多排超导带材，并且设有支撑绝缘立柱将所有超导带材进行分隔，可以实现快速散热以及气泡地导出。带材固定件可以采用隔断卡槽，所述隔断卡槽固定在支撑绝缘立柱表面，槽口朝向底盘。隔断卡槽呈倒钩状，为超导带材提供横向及纵向的固定作用。

与传统技术相比，每圈超导带材之间减去了底盘的阻挡，将超导带材多圈绕制在立柱式骨架上形成一体。还减去了盘装线圈组合焊接过程，简化了整体结构。

为了增加超导带材与液氮的接触面积，优选的，所述支撑绝缘立柱与带材接触面为弧面。支撑绝缘立柱在起支撑和固定作用时与超导带材相切接触，大大加大了超导带材与液氮的接触面积。

为了便于制造和安装，优选的，所述支撑绝缘立柱为圆形立柱。

为了便于相邻的带材连通，优选的，所述双螺旋结构的最外侧安装有两根引线绝缘立柱。

绝缘立柱(包括支撑绝缘立柱和引线绝缘立柱)与底盘的固定方式很多，为了便于拆装，绝缘立柱两端与左右底盘卡槽相配合卡扣结构。

本发明还提供了一种双螺旋超导电阻型限流器的超导带材绕制方法，采用上述的超导电阻型限流器的骨架，包括以下步骤：

(1)将支撑绝缘立柱一端固定在左底盘或右底盘上，自支撑绝缘立柱的连接端到自由端，将超导带材依次绕制在所述支撑绝缘立柱，每根超导带材通过带材固定件固定；

(2)通过引线将相邻的超导带材的端部依次连接；

(3)将另一块底盘安装到支撑绝缘立柱上，完成安装。

为了提供一种结构紧凑且性能优良的高温超导电阻型限流器，优选的，步骤(1)中，所述双螺旋结构的最外侧安装有两根引线绝缘立柱，具体安装步骤如下：

1-1、所述超导带材设有至少2根，支撑绝缘立柱的带材固定件的数量与超导带材的数量相同，引线绝缘立柱的引线端子数量也与超导带材的数量相同；

1-2、将超导带材的两端分别沿着双螺旋结构其中一螺旋自内向外绕制；

1-3、双螺旋结构排布一圈支撑绝缘立柱，绕制超导带材并通过带材固定件固定；

1-4、增加螺旋排布的圈数并继续绕制直到最外侧；

1-5、在双螺旋结构最外侧安装两根引线绝缘立柱，将超导带材的两端分别和其中一根引线绝缘立柱的引线端子连接，从而使所有超导带材依次首尾连通。

本发明还提供了一种双螺旋超导电阻型限流器，包括：

多根支撑绝缘立柱，相互平行布置且设有间隔，所述支撑绝缘立柱自内向外螺旋排列形成双螺旋结构；

左底盘和右底盘，用于固定支撑绝缘立柱的两端；

超导带材，两端分别沿着双螺旋结构其中一螺旋自内向外绕制。

为了提供一种结构紧凑且性能优良的高温超导电阻型限流器，优选的，所述双螺旋结构的中间两根支撑绝缘立柱布置在中心的两侧，所述超导带材穿过所述双螺旋结构的中心部分且两端分别连接至对应的支撑绝缘立柱；

每根支撑绝缘立柱上沿长度方向分布有相同数量相同间隔的多个带材固定件，同一根支撑绝缘立柱上相邻带材固定件之间的距离比超导带材宽度更长；

多组超导带材通过对应的带材固定件安装形成多组相互平行的结构，通过引线将相邻的超导带材的端部依次连接。

为了提供一种结构紧凑且性能优良的高温超导电阻型限流器，优选的，所述双螺旋结构的最外侧安装有两根引线绝缘立柱，引线绝缘立柱的引线端子数量与超导带材的数量相同，将超导带材的两端分别和其中一根引线绝缘立柱的引线端子连接从而使所有超导带材依次首尾连通。

本发明的有益效果：

本发明通过在骨架的两底盘上布置立柱形成双螺旋的结构来实现带材的绕制，超导带材紧密绕制在骨架上，其绕制圈数及绕制方法均可根据需求自由定制，适应不同长度的超导带材，为失超产生的气泡耗散提供了更多空间及路径，优化了气泡滞留的问题。

附图说明

图1为现有技术的电阻型高温超导限流器的结构示意图。

图2为现有技术的电阻型高温超导限流器组合的结构示意图。

图3为现有技术的电阻型高温超导限流器内部小孔错位布置的结构示意图。

图4为现有技术的电阻型高温超导限流器内部小孔正对布置的结构示意图。

图5为本发明的支撑绝缘立柱的结构示意图。

图6为本发明的引线绝缘立柱的结构示意图。

图7为本发明的支撑绝缘立柱与右底盘的配合示意图。

图8为本发明的支撑绝缘立柱与左底盘的配合示意图。

图9为本发明的电阻型高温超导限流器的结构示意图。

图10为本发明的电阻型高温超导限流器另外两个角度的结构示意图。

图11为本发明的电阻型高温超导限流器绕制过程中的示意图。

图12为本发明的超导带材内电流流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图作进一步说明。

如图5～12所示，本实施例的高温超导带材型号为双面封装ybco超导带材，带材宽度为12mm，带材厚度为0.35mm。

本实施例包括多根可根据绕制需求排布的支撑绝缘立柱体1和引线绝缘立柱体1’。支撑绝缘立柱体1上设有用于固定超导带材11位置的隔断卡槽2，引线绝缘立柱体1’上设有由紫铜连接片5与多组螺栓6组成的引线端子2’；用于衔接和固定多根绝缘立柱的左底盘8和右底盘7；左底盘8和右底盘7孔内卡槽结构10和卡槽结构9；两种绝缘立柱两端设有与左底盘8和右底盘7的卡槽结构相配合的卡扣结构4和卡扣结构3，绕制在立柱上超导带材11；电流进口端引线12，电流出口端引线13以及盘间连接引线14。

支撑绝缘立柱1需要布置多根，左右两端设有与左底盘8和右底盘7相配合的卡扣结构4和卡扣结构3，中间设有用于隔断的隔断卡槽2，隔断卡槽2与支撑绝缘立柱1是一体结构，呈倒钩状，为超导带材11提供横向及纵向的固定作用。

引线绝缘立柱1’需要布置两根，其左右两端也同样设有与左底盘8和右底盘7相配合的卡扣结构4和卡扣结构3，不同于支撑绝缘立柱1，引线绝缘立柱1’间设有用于接线的引线端子2’，引线端子2’由紫铜片5与螺栓6组成，紫铜片5的弯曲弧度与引线绝缘立柱1’相适应，长度等于带材的宽度，通过引线端子2’可以实现超导带的盘间连接以及外接电路。

两种绝缘立柱与左、右底盘之间的固定为无需螺钉的自锁固定，过程如下：左、右底盘上的孔设有与立柱两端相配合的卡槽结构10和卡槽结构9。首先将绝缘立柱固定在右底盘上，将绝缘立柱对准卡槽结构的孔位，横向插入到卡槽位置，再将绝缘立柱顺时针旋转，使得卡扣卡入右底盘7的孔内卡槽里，而后再将立柱的另一端插入左底盘8，即实现绝缘立柱在盘间的固定。

本实施例以绕制四圈超导带材为例，左底盘8和右底盘7之间布置多根绝缘立柱，有多根带有隔断卡槽2的支撑绝缘立柱1，两根含有引线端子2’结构的引线绝缘立柱1’，两根均布置在双涡线(即双螺旋)最外圈的末端，位于后方的引线绝缘立柱1’用于连接第一盘和第二盘以及第三和第四盘超导带材，位于前方的引线绝缘立柱1’用于进出引线以及连接第二和第三盘超导带材。电流进口端引线12通过引线绝缘立柱1’的第一个引线端子引出，电流出口端引线13通过引线绝缘立柱1’的第四个引线端子引出，引线14连接第二和第三个引线端子，用于第二圈和第三圈超导带材的盘间引线，整体电流从电流进口端引线12流入，流过引线14，从电流出口端引线13流出。

左底盘8和右底盘7采用镂空结构，可以加大气泡耗散空间，可以看出其中绝缘立柱沿双涡线状(即双螺旋)排布，绕制出来的每圈超导带材呈双涡线状。

本实施例的绕制过程如下：

首先通过自锁固定的方式将多根支撑绝缘立柱1布置在一个底盘上，将四根超导带材按照双涡线双向并绕于支撑绝缘立柱1上，确保绕制过程中超导带材卡在对应位置的隔断卡槽2中，绕制一圈后，继续布置下圈支撑绝缘立柱1，以同样的方法绕制，直至绕到最后一圈，将进出口引线以及盘间连接通过引线端子连接好，最后固定好左底盘即可。

综上所述，本实施例通过在骨架的两底盘上布置立柱实现带材的绕制，超导带材紧密绕制在骨架上，立柱在起支撑和固定作用时与超导带材相切接触，大大加大了超导带材与液氮的接触面积，且对比传统线圈，每圈超导带材之间减去了底盘的阻挡，将超导带材多圈绕制在立柱式骨架上形成一体，为失超产生的气泡耗散提供了更多空间及路径，优化了气泡滞留的问题，另减去了盘装线圈组合焊接过程，简化了整体结构。