如图5.21所示，该交流超导限流器主要由超导限流模块组、低温杜瓦、低温绝缘套管、并联电阻及连接件组成。本小节将对交流超导限流器各组件的设计方案分别进行研究。
1.超导限流模块组
由于标准化超导限流模块为栅板型，考虑SFCL模块形状及尺寸，模块在杜瓦容器内有如图5.22所示三类排列方式。图中圆筒结构为外部杜瓦，而长方体结构则为超导限流模块。
图5.22 典型模块在杜瓦容器内的排列方式
由于超导限流模块临界电流达860A，且系统最大起动电流仅为540A，故将该系统并联支路数设置为1。根据超导限流器短路电流限制要求，由于仅需将短路电流限制为原先的75%，超导限流器短路时刻提供电阻仅为系统短路阻抗的1/2左右，这表明短路故障中超导限流器承压最大约为系统额定电压的1/3。以目标系统额定电压10kV计算，超导限流器最大承压约为4.7kV。根据交流极限耐受电压参数及模块带材长度限制，将带材总长设置为165m，即选用5路超导限流模块串联。此时带材最大承受电压峰值约为28.3V/m。按照如上设定，交流超导限流器中限流模块总数为5，根据如下准则对超导限流模块进行空间排布：
（1）考虑空间绝缘问题，沿带材表面电压降落方向需与气泡运动方向平行。
（2）模块排布空间利用率高，且便于维护拓展。
（3）综合衡量外部杜瓦形状及加工难度。
由于超导限流模块较为扁长，且模块数较少，此限流器中模块组空间排布将选用图5.22a所示结构。模块之间采用铜排连接，在保证限流模块间绝缘距离的基础上，尽可能紧密排布。
2.低温杜瓦
目前超导电力装置的冷却方式主要分为：开式浸泡式冷却、闭式减压浸泡式冷却、闭式浸泡式冷却、迫流循环冷却和制冷机直接冷却等五类[55]。五种冷却方式基本原理见表5.10。
表5-10 超导电力装置的冷却方式原理
以上各类冷却方式各有优缺点，其中，开式浸泡式冷却、闭式减压浸泡式冷却方式，设计简单，但是由于伴随不可逆低温介质损耗，实际应用中需要不断补充低温介质。闭式浸泡式冷却方式、迫流循环冷却方式形成低温介质循环回路，系统中无低温介质流失，无需低温介质补充，但由于制冷机冷头和超导装置处于同一容器内，高压绝缘难以处理，因此只适合于中低压的场合。制冷机直接冷却方式主要应用于直流、低压超导磁体装置系统或小型超导器件场合，由于冷却及恢复时间漫长不适合交流、高压场合应用。由于本章节中所介绍的超导限流器自身损耗较低且受到整体造价限制，该超导限流器使用开式浸泡冷却，同时利用密闭低温杜瓦以及添加绝热层等辅助手段减小系统整体液氮损耗率，并在此基础上定期进行液氮补充。外部杜瓦设计选择主要按照如下准则进行：
（1）保证内部高压器件与杜瓦外壳绝缘距离。(https://www.xing528.com)
（2）保证低温杜瓦整体外观形状尺寸合理性。
（3）减少自然蒸发率，延长杜瓦整体维护时间。
内部限流模块的对地（杜瓦容器内壁）绝缘距离必须符合相关电气设备的绝缘要求，具体按照相关国家标准进行设计。
为简化低温杜瓦制备难度及减小低温杜瓦整体漏热，一般杜瓦容器均制作为圆筒形结构。本限流器中低温杜瓦设计图样如图5.23所示，其主要包含低温杜瓦罐体、上法兰盘、绝热层、进出液阀等组件。如图所示限流器罐体总高为2.65m，外径为1.4m，罐体内绝热层填充物主要成分为绝热棉，用于降低杜瓦自身液氮损耗。罐体与上法兰盘连接处选用32个直径为36mm的螺丝进行固定，并同时辅以密封圈进行密封。上法兰盘中为低温套管预留孔隙，且同时装有超压排放阀及爆破片等装置。
3.低温绝缘套管
与常规绝缘套管不同，超导限流器低温绝缘套管在承担连接外部高压电力系统功能的同时也起到连接常温环境与液氮环境的作用。其设计需同时考量套管内外绝缘以及套管本体漏热等因素。本限流器套管内芯材料为铜，直径为2cm。由于使用电压等级仅为10kV，故套管外绝缘部分并未进行特殊处理，采用常规硅橡胶伞裙，套管固体绝缘采用玻璃纤维浸环氧树脂浇注方式制备。内绝缘设计过程中，考虑到低温环境中可能存在的凝露情况，加长了套管内部绝缘距离，将内绝缘延长至90cm。套管具体结构如图5.24所示，其两端接头可根据外部连接电缆头结构进行更换，且套管出厂时需通过10kV常规电力套管的相关检测。
4.并联电阻
根据上文所述，交流超导限流器中超导限流模块个数为5，整体带材长度为165m，对应常温电阻达6Ω以上，这表示交流超导限流器具有较强电阻产生能力。由于超导限流器应用于电力系统时，并不一味地强调电流抑制能力，限流器与继电保护装置的配合也是考量超导限流器性能的重要指标之一。因此在超导限流器两端接入并联电阻，一方面起到调节系统限流比的作用；另一方面起到保护超导带材的作用，保证超导材料在短路冲击中温度低于最高耐受温度。由于系统额定工作时，并联电阻几乎不流过电流，故该并联电阻具体容量按照系统短路情况进行设计。其相关设计参数见表5.11。
图5.23超导限流器低温杜瓦设计图
图5.24超导限流器低温套管结构图
表5.11 并联大功率电阻器技术参数
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