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超导故障限流器

超导故障限流器（SFCL）是利用超导体的超导/正常态转变特性，快速而有效地限制电力系统故障短路电流的一种电力设备。SFCL集检测、触发和限流于一体，反应速度快，正常运行损耗低，能自动复位，克服了常规熔断器只能使用一次的缺点。SFCL的工作原理是短路电流超过超导体的临界电流，引起超导体失超，超导体从超导态转变为正常态，限流器呈现很大阻抗，短路电流得以限制。它的限流时间可小于百微秒级。超导限流器主要用于电力传输和配送系统，特别是在人口密度高、经济发展速度快、对电能的需求较高的地区。因此，与传统故障限流器相比，SFCL具有如下的优点：
1. 增大电力系统的安全性和可靠性；
2. 提高电力质量；
3. 与现有的电力系统保护设施兼容；
4. 减少电力系统线路中的断路器和熔断器的使用，延缓电力设备的更新以降低成本；
5. 提高系统的运行容量。
专家们预言，就超导技术在电力系统中的应用而言，最先得到实际应用的将可能是超导限流器。		  
 



超导变压器

超导变压器一般都采用与常规变压器一样的铁芯结构，仅高、低压绕组采用超导绕组。超导绕组置于非金属低温容器中，以减少涡流损耗。变压器铁芯一般仍处在室温条件下。
超导变压器的优点是体积小、重量轻、效率高、同时由于采用高阻值的基底材料，因此具有一定的限制故障电流作用。一般而言，超导变压器的重量（铁芯和导线）仅为常规变压器的40%甚至更小，特别是当变压器的容量超过300MVA时，这种优越性将更为明显。
1. 超导变压器不存在常规变压器中的焦耳热损耗，具有十分巨大的节能潜力；
2. 与相同容量的常规变压器相比，超导变压器的体积可以减少40-60%；
3. 液氮代替变压器油，消除火灾隐患；
4. 超导变压器的内阻极小，能够增大电压的可调节范围。
专家预计，随着实用化高温超导材料性能的提高，超导变压器可望在5-10年内实现产业化。
  
 

 

超导电机

超导电机一般分为绕组型超导电机和块材型超导电机。所谓绕组型超导电机是指电机的定子绕组或转子绕组由超导线绕制的线圈组成，而块材型超导电机是指电机转子由高温超导块材组成。由于超导电机采用了超导体，超导电机的运行电流密度和磁通密度都大大地提高了。超导电机的基本结构和常规电机相似，主要由转子、定子组成，只是还需要有相应的低温容器以使超导体处于超导态。与常规电机相比较，能够承载更大的电流，产生更强的磁场，在输出功率相同的情况下，体积和重量减小到常规电机的1/5。因此，对于功率在300MVA以上的大型电机，超导电机的优点更加突出：
1. 降低25-40%的制造成本；
2. 降低运行成本，增加运行效率；
3. 减少电机运行时的振动和噪音；
4. 体积和重量减少4/5；
5. 单机容量增大，能够达到1000MVA；
6. 稳定性能提高；
目前普遍认为只有大容量超导电机（例如300MVA以上）在经济上才具有竞争优势。

  
 




 

 


超导储能

超导储能是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其它负载。超导储能装置一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统几个部件组成。其中超导线圈是超导储能装置的核心部件，它可以是一个螺旋管线圈或是环形线圈。螺旋管线圈结构简单，但是周围杂散磁场较大；而环形线圈周围散磁场较小，但是结构较为复杂。
超导储能装置的工作原理是在电网运行负荷处于其低谷时把多余的电能储存起来，而在电网运行处于用电高峰时，将储存的电能送回电网。由于储能线圈由超导线绕制且维持在超导态，线圈中所储存的能量几乎可以无损耗地永久储存下去直到需要释放时为止。超导储能装置不仅可用于调节电力系统的峰谷，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率因素的调节以改善电力系统的稳定性。超导储能线圈产生的磁场很强，储存的能量密度很高。与其他的储能方式相比，如：蓄电池储能、压缩空气储能、抽水储能和飞轮储能，有许多明显优点：
1. 可长期无损耗地储存能量，其转换效率可达95%；
2. 可通过采用电力电子器件的变流器实现与电网的连接，响应速度快（毫秒级）；
3. 由于其储能量与功率调制系统的容量可独立地在大范围内选取，可建成所需的大功率和大能量系统；
4. 除了真空和制冷系统外没有转动部分，使用寿命长；
5. 在建造时不受地点限制，维护简单、污染小。
目前美国、日本、德国等一些发达国家在超导储能装置方面的研究上投入了大量的人力和物力，并且有许多在建的超导储能装置。