超导限流器

• 超导限流器全称为超导故障电流限制器（SFCL），主要是利用超导体的超导态，正常态转变的物理特性，实现对故障短路电流的限制，提高电网的暂态稳定性。

超导限流器的背景

• 20世纪伟大的科学成就之一就是发现了超导现象和制成了高温超导材料。在该领域工作的科学家们曾两度荣获诺贝尔物理奖。

  超导是指某些物质在温度下降到某一温度Tc以下时，电阻变为零的现象。Tc称为该物质的转变温度或临界温度。具有超导功能的材料，当其温度T>Tc时，处于正常态，电阻不为零且服从一般的电阻规律；当T

  处于超导态的物体具有两个特性：电阻完全为零；完全抗磁性，即超导体内磁感应强度为零。上述特性可稳定保持和重复。这三点是国际上公认的检验物体是否超导的准则。

  当超导体内通过的电流超过某一数值Ic时，超导体会由超导态变为正常态，Ic则称为临界电流。当外磁场强度超过某一数值Hc时，超导现象也会消失，Hc称为临界磁场。因此，要使物体处于超导状态，必须使其温度、外磁场强度、通过的电流分别在Tc、Hc、Ic以下，任何一个条件不具备，物体就会从超导态变为正常态。这一特性中的Ic成为用超导材料制造限流器的极好条件。

  自从1911年荷兰物理学家昂尼斯发现汞在低温下的超导现象以来，科学家发现的低温超导材料已达8000多种。但由于Tc过低，实用价值不大。直到1986年，美国的柏诺兹和缪勒制造出高温超导材料（中国的赵忠贤等在1987年也制造出临界温度为100K的高温超导化合物），才使超导体有了实用的可能。高、低温超导材料临界温度的分界是77K（–196℃），低于该温度的超导体用液氦（He）冷却，高于该温度的超导体用液氮（N）冷却。液氦每升3美元、液氮每升6美分，价格相差50倍！高温超导材料的出现，使制造超导限流器的设想变成了现实。

超导限流器的工作原理

• 超导限流器（英文缩写SFCL）是利用超导材料的超导态––正常态（S–N）转变特性及一些辅助部件，在线路出现故障时产生一个适当的阻抗来实现限流。当故障线路被断开或故障消失后，限流器自动复位。限流器可在高电位运行，正常运行时表现为零阻抗或极小阻抗，几乎无损耗地通过额定电流；故障时可在几毫秒内作出反应，根据需要把短路电流限制在额定电流的两倍左右。触发、复位均自动，限流效果显着，实现了取样、检测、触发、限流、复位一体化。

  根据限流方式，限流器可分为电阻（R）型、电抗（L）型和R+jwL型。

  电阻型限流器的原理最简单。线路正常运行时，流过限流器的交流电流最大值小于临界电流Ic。出现短路故障时，短路电流超过Ic，限流器失超，在线路中表现为一个电阻，起到限流作用。电抗型限流器主要是利用超导体的S–N转变改变各个线圈电流的分布，以实现限流功能。正常运行时，限流线圈的磁通被与其耦合的其它线圈的磁通所抵消，表现为低阻抗。发生故障时，超导部件失超，从而改变各线圈电流的分布情况，使限流线圈呈现一个较大阻抗，以实现限流。R型、L型限流器结合在一起，可组成R+jwL型限流器。据日本电气学会1999年介绍：高电阻R型限流器效果最好，不仅限制故障电流，还提高电网的稳定性。

超导限流器优缺点

• 优点：

  1.动作速度快，反应时间小于20ms（在一个电力周波内）；

  2.可在电力系统故障时自动触发；能将短路电流减少一半以上；

  3.故障线路被断路器开断后，能快速自动复位并在几秒之内多次动作，以配合重合闸；

  4.正常运行时，功耗应接近于零，最大不能高于输送功率的0.25%；

  5.可靠性应高于与其同时运行的断路器。

  缺点：

  1.正常运行时功耗大；

  2.动作反应慢；

  3.对电网的稳定性有一定影响。

超导限流器的应用

• 目前，电网规模日益扩大，互联程度日益增强，短路电流也随之增大，现有继电保护措施面临瓶颈，常规限流器影响电能质量，超导限流器向现实生产力的转化显得非常迫切。从应用范围来看，超导限流器可安装于发电厂、输电网、变电站等场所。