10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统及方法

1.10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：以实际电网侧为起点，并网试验变压器T(1)、保护断路器PCB(2)、电流互感器CT(3)、合闸断路器CCB(4)、接地开关ES(12)、隔离开关DS(5)及中间变压器TM(6)依次连接；被试超导限流器SFCL(8)与单相倒闸断路器SCB(7)并联，整体连接在中间变压器TM(6)的一个端子与模拟负载LD(10)之间；模拟负载LD(10)与单相接地断路器ECB(9)并联，连接于被试超导限流器SFCL(8)的末端与模拟线路TL(11)之间；集中参数模拟线路TL(11)连接在中间变压器TM(6)的另一个端子与模拟负载LD(10)之间；测控保护装置MCPD(13)通过测量信号线MSL(14)与电流互感器CT(3)连接，并通过控制信号线CSL(15)分别与保护断路器PCB(2)、合闸断路器CCB(4)、隔离开关DS(5)、单相倒闸断路器SCB(7)、单相接地断路器ECB(9)、接地开关ES(12)相连接；所述隔离开关DS(5)的末端作为三相试验设备的出口Ea、Eb、Ec；三相试验设备任一相的出口位置均能够作为所述试验系统接地点N；所述保护断路器PCB(2)、合闸断路器CCB(4)、单相倒闸断路器SCB(7)、单相接地断路器ECB(9)、隔离开关DS(5)、接地开关ES(12)均为10kV电力系统用标准开关设备。 2.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述中间变压器TM(6)包括高压侧绕组(61)，低压侧绕组(62)，铁心(63)及箱体(6)，其中高压侧绕组(61)的出线端TA接于试验系统接地点N位置，将高压侧绕组(61)的参考端TX、作为高压侧绕组参考端TX的同名端的低压侧绕组(62)端子Tx、铁心(63)及箱体(64)全部相互短接，并共同接于不作为试验系统接地点N的任一相出口位置；所述中间变压器TM(6)整体通过支撑绝缘子与地面保持可靠承受10kV电压的安全距离；所述中间变压器TM(6)为高压侧额定电压10kV、变比可调的单相试验变压器，根据具体试验工况，其变比k＝并网试验电压Ue/；根据试验需要选定的线路阻抗模值|Zln|*根据试验需要选定的短路故障电流Isc；所述中间变压器TM(6)为具有强短路承受能力的短路试验变压器，其额定短路容量Q TM ≥并网试验电压Ue*选定的短路故障电流Isc/变比k；所述中间变压器TM(6)的短路阻抗Zsc阻性分量与感性分量均不超过根据试验需要选定的线路阻抗Zln相应分量的高压侧折算值，即短路电阻Rsc≤k 2 *线路电阻Rln、短路电感Lsc≤k 2 *线路电感Lln；当根据试验需要选定的线路阻抗Zln*选定的短路故障电流Isc≥0.9*并网试验电压Ue时，所述中间变压器TM(6)可从试验系统中移除，将被试超导限流器SFCL(8)、模拟负载LD(10)、集中参数模拟线路TL(11)直接接入高压侧试验主回路；所述中间变压器TM(6)从试验系统中移除后，试验参数计算时，中间变压器TM(6)的短路电阻Rsc与短路电感Lsc均取零值，变比k取为1；所述中间变压器TM(6)从试验系统中移除后，上述试验设备接线时，原接于中间变压器TM(6)低压侧Ta端子的集中参数模拟线路TL(11)直接接至原高压侧TA端子所接位置；原接于中间变压器TM(6)低压侧Tx端子的被试超导限流器SFCL(8)首端P直接接至原高压侧TX端子所接位置。 3.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述被试超导限流器SFCL(8)的内部元件包括：主回路电流互感器MCT(81)、原边支路电流互感器PCT(82)、副边支路电流互感器SCT(83)、原边电压互感器PPT(84)、双分裂电抗器DSR(85)、副边电压互感器SPT(86)、超导单元SCU(87)、超导单元电压互感器UPT(88)、第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)、保护开关KP(811)、超导限流器测控保护装置CLMCPD(812)、超导限流器测量信号线CLMSL(813)、超导限流器控制信号线CLCSL(814)；其中，被试超导限流器SFCL(8)首端P连接主回路电流互感器MCT(81)后，主回路分为原边、副边两条支路；双分裂电抗器DSR(85)的原边绕组A1-X1与原边电压互感器PPT(84)并联后，再整体与原边支路电流互感器PCT(82)串联构成原边支路；双分裂电抗器DSR(85)的副边绕组A2-X2与副边电压互感器SPT(86)并联、超导单元SCU(87)与超导单元电压互感器UPT(88)并联后，按照副边支路电流互感器SCT(83)、双分裂电抗器DSR(85)的副边绕组A2-X2与副边电压互感器SPT(86)并联模块、第二快速开关KB(810)、超导单元SCU(87)与超导单元电压互感器UPT(88)并联模块、第一快速开关KA(89)的顺序串联构成副边支路；原边支路与副边支路并联后，接于主回路电流互感器MCT(81)与保护开关KP(811)之间，保护开关KP(811)连接被试超导限流器SFCL(8)末端Q；超导限流器测控保护装置CLMCPD(812)通过超导限流器测量信号线CLMSL(813)分别与主回路电流互感器MCT(81)、原边支路电流互感器PCT(82)、副边支路电流互感器SCT(83)、原边电压互感器PPT(84)、副边电压互感器SPT(86)、超导单元电压互感器UPT(88)、双分裂电抗器DSR(85)油面温度计、超导单元SCU(87)液位温度计连接；超导限流器测控保护装置CLMCPD(812)通过超导限流器控制信号线CLCSL(814)分别与第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)、保护开关KP(811)连接。 4.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述模拟负载LD(10)包括：负载电阻R(101)和负载电抗X(102)；其中，负载电阻R(101)与负载电抗X(102)串联后，与单相接地断路器ECB(9)并联，再共同连接于被试超导限流器SFCL(8)末端Q与模拟线路TL(11)之间；根据选定的不同稳态功率因数角φ，负载电抗X(102)可能为负载电感L或负载电容C；所述负载电阻R(101)的阻值R＝根据试验需要选定的系统稳态功率因数cosφ*Ue/(k*Ie)-Rln，且其容量须满足P R ≥Ie 2 *R，否则应减小所选的功率因数，直至负载电阻容量满足要求；所述负载电抗X＝sinφ*Ue/(k*Ie)-2πf*Lln，当X＞0时，负载电抗X(102)为一个电感，负载电感L＝X/2πf，当X＜0时，负载电抗X(102)为一个电容，负载电容C＝1/(2πf*|X|)。 5.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述集中参数模拟线路TL(11)包括：可调电阻器RT(111)和可调电抗器LT(112)；其中，可调电阻器R0(111)与可调电抗器L0(112)串联后，连接于中间变压器TM(6)的Ta端子与模拟负载LD(10)之间；所述可调电阻器R0(111)为无感电阻器，其电阻值R0＝Rln-Rsc/k 2 ，其额定容量P R0 ≥Ie 2 *R0；所述可调电抗器L0(112)为低阻空心电抗器，其电感值L0＝Lln-Lsc/k 2 。 6.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述并网试验变压器T(1)为可接入实际电力系统的低压侧额定电压为10.5kV的三相电力变压器，其额定容量Qe≥3*Qst，短路试验容量Qsc≥2*Qtr，其中，稳态通流试验容量Qst＝√3*并网试验电压Ue*根据试验需要选定的稳态电流Ie,故障暂态通流试验容量Qtr＝√3*并网试验电压Ue*根据试验需要选定的短路故障电流Isc。 7.根据权利要求1所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统的试验方法，包括试验操作方法、试验保护控制逻辑、试验结果判定方法；所述试验操作方法包括试验系统初始状态、试验操作步骤；所述试验系统初始状态为合闸断路器CCB(4)、单相接地断路器ECB(9)、隔离开关DS(5)均处于断开状态，保护断路器PCB(2)、单相倒闸断路器SCB(7)、接地开关ES(12)、第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)及保护开关KP(811)均处于闭合状态；所述试验操作步骤包括：a)断开接地开关ES(12)；b)闭合隔离开关DS(5)；c)闭合合闸断路器CCB(4)，试验系统开始带电运行；d)被试超导限流器SFCL(8)在10kV试验电压下稳定运行达到第一预试时间Tp1后，闭合单相接地断路器ECB(9)，将模拟负载LD(10)短接，试验回路中产生原始短路故障电流Isc0；e)通过电流互感器CT(3)采集接入被试超导限流器SFCL(8)之前的原始短路故障电流Isc0的实测波形；f)单相接地断路器ECB(9)保持闭合状态达到第一暂态试验时间Tt1后，发出跳闸信号将其断开；g)被试超导限流器SFCL(8)在10kV试验电压下稳定运行达到第二预试时间Tp2后，断开单相倒闸断路器SCB(7)，将被试超导限流器SFCL(8)接入通流试验回路；h)在预定的稳态电流Ie下稳定运行达到稳态试验时间Ts后，再次闭合单相接地断路器ECB(9)，被试超导限流器SFCL(8)所在回路中产生实际短路故障电流Isc1；i)超导限流器测控保护装置CLMCPD(812)自动检测到超导单元SCU(87)失超信号后，发出跳闸控制信号将第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)断开；j)单相接地断路器ECB(9)保持闭合状态达到第二暂态试验时间Tt2后，断开保护开关KP(811)；k)通过主回路电流互感器MCT(81)采集记录步骤g至步骤j阶段流过被试超导限流器SFCL(8)的电流波形；l)断开合闸断路器CCB(4)；m)闭合接地开关ES(12)，对试验系统充分放电；n)闭合单相倒闸断路器SCB(7)；o)闭合第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)与保护开关KP(811)；p)断开单相接地断路器ECB(9)；q)断开隔离开关DS(5)，故障限流试验结束。 8.根据权利要求7所述的10kV磁偏置超导限流器并网故障限流试验系统，其特征在于：所述试验保护控制逻辑包括：Ⅰ)当电流互感器CT(3)检测电流瞬时值超过测控保护装置MCPD(13)保护整定值I P 时，测控保护装置MCPD(13)发出保护断路器PCB(2)跳闸信号，自动切断试验回路；Ⅱ)当主回路电流互感器MCT(81)测得的被试超导限流器SFCL(8)电流瞬时值高于第一保护整定值I A 时，发出主回路过流报警与保护开关KP(811)、合闸断路器CCB(4)跳闸信号；Ⅲ)当双分裂电抗器DSR(85)顶层油温超标时，发出双分裂电抗器DSR(85)温度报警与保护开关KP(811)、合闸断路器CCB(4)跳闸信号；Ⅳ)当副边支路电流互感器SCT(83)测得的超导限流支路电流瞬时值高于第二保护整定值I B 时，发出超导限流支路过流报警与第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)跳闸信号；Ⅴ)当超导单元SCU(87)杜瓦内的液氮液位温度计指示温度高于氮气液化温度时，发出液位偏低报警与第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)跳闸信号；所述试验结果判定方法为：并网故障限流试验同时满足以下条件时，判定“试验结果合格，被试磁偏置超导限流器通过10kV并网条件下的故障限流试验”，条件包括：ⅰ)试验系统无任何保护动作或异常报警信号；ⅱ)被试超导限流器SFCL(8)本体无异常放电或绝缘击穿；ⅲ)被试超导限流器SFCL(8)内部所有元件电压、支路电流均处于正常合理范围；ⅳ)超导限流器测控保护装置CLMCPD(812)可靠检测出超导单元SCU(87)失超信号，并发出跳闸控制信号将第一快速开关KA(89)、第二快速开关KB(810)可靠开断；ⅴ)步骤j执行前，保护开关KP(811)可靠保持闭合状态；ⅵ)双分裂电抗器DSR(85)顶层油温无异常偏高；ⅶ)超导单元SCU(87)杜瓦内液氮的液位无异常偏低；ⅷ)利用实测电流波形计算得到被试超导限流器SFCL(8)在第一限流阶段，即超导单元失超限流阶段与第二限流阶段，即双分裂电抗器失衡限流阶段的限流率，其值均处于合理范围，并与理论计算结果基本吻合，其中，第一限流率Rcl1＝(1-第一限流阶段实际短路故障电流Isc11/原始短路故障电流Isc0/变比k)*100％，第二限流率Rcl2＝(1-第二限流阶段实际短路故障电流Isc12/原始短路故障电流Isc0/变比k)*100％。