西安高压电器研究院有限责任公司 曹蕤 高文 李龙 严旭 申春红

　　1 引言

　　高压直流技术作为一种提高输电容量、降低能耗的先进电力输送方式，正越来越受到人们的重视。具有优越经济性和灵活性的多端直流输电系统已成为了电网发展关注的焦点[1,2]。直流开断技术是制约我国多端直流输电技术发展的瓶颈[3]。目前电网容量不断增加，直流系统的短路电流水平也在不断增大，利用限流器先限流再开断的直流断路器具有开断容量大，故障时能保护其他功率器件的优势，具有很好的前景。在众多类型限流器中，超导限流可集检测、转换和限流于一身，限流速度极快并且具有优异的限制大短路电流的能力[4]。因此，研制一种基于超导限流技术的高压直流断路器对于直流断路器发展具有重要意义。

　　利用限流器先限流再开断是当今直流开断技术的热门研究方向之一，其与目前限流技术的快速发展密切相关。限流器是串接在线路中实现限制短路电流功能的电气设备，电力系统正常运行时，其呈现低阻抗，压降小[5]，且具有较高的稳态稳定性和暂态稳定性，几乎不影响电力系统的正常运行；发生短路故障时，其表现为足够高的阻抗以限制短路电流在合理的范围内，使故障和非故障元件受到较小的热动力和机械应力，确保设备的安全。

　　本文在超导限流式的直流断路器研究的基础上，提出一种适用于超导限流式的直流断路器的布局结构，为未来采用超导限流技术的直流断路器工程化设计建立基础。

　　2 超导限流式直流断路器开断原理及技术路线

　　2.1 限流及开断原理

　　超导限流式直流断路器利用高温超导体快速限流特性且损耗低、传输容量大的特点，以及自激振荡电路高频振荡可以使电流“人工过零”的原理，对直流系统运行故障时所产生的短路大电流进行开断。

　　超导体在其临界温度、临界磁场和临界电流密度以下，具有零电阻特性[6]。当温度、磁场和电流密度3个物理量中任何一个超过其临界值，超导体立即失超。超导限流技术正是利用超导体的超导态/正常态的转变来达到限流的目的[7]。一旦电网发生短路，短路电流大于临界电流时，超导体“失超”，由零阻抗表现为非线性高电阻，从而限制了短路电流[8]。超导带材限流特性曲线。与此同时，随着技术发展，目前市售主流超导带材在失超时可承受故障电流冲击时间在100ms，超导带材耐受故障电流的特性使得超导限流技术用于直流开断成为可能。

　　超导型故障限流器有多种结构，其中用于直流系统主要为电阻型和电抗器型两种超导限流器。电阻型超导限流器由具有较低交流损耗的极细超导电缆无感绕制的高温超导线圈及并联的普通限流线圈组成[9]。正常运行时，线路电流全部通过处于超导态的高温超导线圈，一旦发生短路故障，高温超导线圈承受的电流超过其临界电流而出现高阻态，电流分流到普通限流线圈中去，从而限制了故障短路电流；电抗器型超导限流器，其类型主要有电感型、桥路型等，工作原理与电阻型超导限流器大致相同，其缺点是低温时通过大电流，损耗较大。