采用模块化设计可并行进行超导限流式直流断路器部件的选型,大大缩短选型设计时间[15];该布局结构设计可满足用户的多样性需求,易于产品的配置和变型设计,又能保证这种配置变型可以满足企业批量化生产的需求。
3.2超导限流式直流断路器布局结构设计
基于超导限流技术的直流断路器布局结构示意图如图5所示。图(5)中:1为支撑立柱;2为斜拉杆;3为第1支柱绝缘子;4为安装底盘;5为第2支柱绝缘子;6为限流电阻;7为超导带材;8为杜瓦;9为电气联接板;10为电容器;11为电抗器;12为第3支柱绝缘子;13为避雷器;14为交流断路器。其中,超导带材、杜瓦、限流电阻组成超导限流模块;交流断路器、电容器、电抗器及避雷器组成电流开断模块;支撑立柱、斜拉杆、第1支柱绝缘子、安装底盘及电气联接板共同构成绝缘平台模块以满足超导限流模块与电流开断模块的绝缘需求。直流断路器的超导限流模块与电流开断模块除断路器外元件分别安装在相互独立的绝缘平台支架上,便于工程安装时按照实际安装条件进行调整。

安装底盘通过第1支柱绝缘子设置于支撑立柱上,支撑立柱、第1支柱绝缘子、安装底盘依次顺序连接,组成具有对地绝缘耐受能力的安装平台,其中两相邻支撑立柱通过斜拉杆连接。第1支柱绝缘子满足直流系统对爬电距离和干弧距离的要求,且直流断路器中超导限流模块与电流开断模块所对应绝缘平台的对地绝缘支撑设计为与同等高度。该技术方案可以确保高电压等级直流断路器中超导限流模块及电流开断模块的对地绝缘距离和绝缘耐受水平。
超导限流模块内,超导带材完全封闭于杜瓦中,并与限流电阻并联通过超导限流模块安装平台部分的第2支柱绝缘子固定在安装底盘上,杜瓦由非导磁不锈钢或耐低温非金属材料构成,其内外壁之间填充制冷剂,由于超导带材失超后将在液氮中产生气泡,这种情况不利于绝缘。因此,杜瓦在设计时通常考虑罐体承受高气压及罐体内部或周围安装低温冷却装置,通过在运行中加压与更低的运行温度确保杜瓦内液氮在失超时也不会达到气化温度,从而抑制气泡的产生。超导带材和限流电阻通过第2支柱绝缘子在超导限流模块安装平台部分的安装底盘上并列布置,并且分别通过电气联接板实现电气并联连接。其中,第2支柱绝缘子设计满足出线端对外壳的绝缘要求。超导限流模块三维设计效果图如图6所示。

故障电流经过超导带材和限流电阻的共同作用被限制到较低的电流水平,经过电气联接板传输至电流开断模块。电流开断模块内,电容器、电抗器与避雷器通过第3支柱绝缘子或自身所带绝缘子在该模块所属独立安装底盘上布置,其中电容器、电抗器通过电气连接线实现电气串联连接,避雷器通过电气连接线实现与电容器、电抗器支路的电气并联连接。交流断路器可选择真空断路器、SF6断路器等多种类型的交流断路器,其中,由于限流模块作用时间通常在几百微秒之内。因此,超导限流式直流断路器的开断时间取决于电流开断模块的交流断路器。放置于电流开断模块安装平台之上或单独放置于平台外平行空间,并通过电气连接线实现与电容器、电抗器支路及避雷器支路的电气并联连接。第3支柱绝缘子设计满足出线端对外壳的绝缘要求。电流开断模块三维设计效果图见图7。