超导限流器简介
超导限流器具有优异的限流特性，是目前电力系统高压电网理想的限流装置。它具有以下几个特点： 1.稳态运行时低阻抗，对电网输送电力影响很小； 2.短路发生时高阻抗，大幅度限制短路电流； 3.快速检测短路电流的发生，快速触发限流动作，整个限流过程可在几个毫秒内完成；限流后可快速恢复，满足电网重合闸的要求。 与电力系统传统的限流装置相比，超导限流器具有显著的优势。上世纪70年代，超导限流器的概念就已经提出。发展至今，主要形成了两大类型的超导限流器：电阻型和电感型。 电阻型超导限流器主要利用超导材料电阻的非线性进行限流。处于超导态时，超导材料具有零电阻特性，对电力输送不造成任何不利影响。故障电流发生时，强大的电流冲击使超导材料失超，其电阻急遽上升，从而起到限制短路电流的作用。电阻型超导限流器是一种集检测、触发、限流于一身的被动式限流器，从原理上看是一种理想的限流器。然而，实际应用中有两个问题制约了电阻型超导限流器的发展。首先是超导材料问题，目前超导材料的制备技术（包括块材、薄膜、线材）及加工工艺尚不能完全满足需要，尤其对大容量的超导限流器；其次，从原理上看，超导材料在限流时需经历失超过程，恢复时需重新进入超导态，恢复过程超导材料必须在制冷系统中进行热交换，这通常需要几秒的时间，很难满足电网的要求。 电感型超导限流器有多种设计结构，其共同点是电网稳态运行时限流器的感抗值很低，对电网影响很小；短路故障时限流器的感抗突然增加，起到限制短路电流的作用。大多数电感型超导限流器的设计仍需利用超导材料的失超过程，不能避免电阻型超导限流器中存在的恢复时间问题。饱和铁心型超导限流器（SICSFCL，Saturable Iron Core Superconductor Fault Current Limiter）是一个例外。
SICSFCL的限流原理基于传统的电抗器，单相超导限流器的原理示意图见图1。图中，一个直流励磁绕组为两个并列的铁心励磁。两个交流线圈以一定形式串联，分别绕在两个铁心上，使它们产生的磁场在中柱（即直流绕组缠绕的铁心柱）相互抵消。限流器稳态工作时，直流励磁使铁心处于深度饱和，铁心磁导率较低，交流线圈的电感小，不影响电网；电网故障时，依靠强大的短路电流冲击在半波内使其中一个铁心退磁，另一个铁心磁场加强，实现单铁心限流。直流绕组使用超导材料制作，其作用是无阻地承载偏置电流将铁心偏置到饱和态，能够做到大容量偏磁和低运行损耗。限流过程中，超导绕组不出现失超，消除了电阻型超导限流器中固有的弱点。然而，这种形式的限流器存在着其它的不足之处。主要的问题是：1） 限流时只有单铁心发挥作用（另一个铁心仍处于饱和状态），这减弱了限流效果，导致铁心和交流绕组的体积大、重量大、制作成本高；2） 短路时，强大的短路电流使铁心退出偏置饱和，而出现磁场交变，直流侧势必存在感应高压，这要求直流回路要有承受高压冲击的能力；3） 直流电源必须是恒流源，若励磁回路存在较大的交流感应电流，限流效果将大大削弱。这对恒流源的制作提出了很高的要求。因此，尽管早期的SICSFCL原理清晰、结构简单、性能可靠、限流容量大，但一直被认为是成本高、体积重量大、电源技术难以解决的限流形式，在实际中难以得到应用。而云电英纳研制的饱和铁心型超导限流器则克服了以上缺点，超导限流器的产业化向前迈出了坚实的一步。 
单相饱和铁心型超导限流器原理示意图 |
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