專利名稱：超導限流器液氮低溫系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超導限流器液氮低溫系統(tǒng)，特別是一種用于評估超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗以及研究超導限流器失超時產(chǎn)生氣泡對低溫系統(tǒng)壓強影響的超導限流器液氮低溫系統(tǒng)。屬于低溫工程與低溫技術領域。
背景技術：
在電網(wǎng)中加入超導限流器是一種限制電網(wǎng)短路電流的新技術。超導限流器的基本工作原理是利用超導體的超導態(tài)和正常態(tài)(S/N)的轉變，在電網(wǎng)正常運行時表現(xiàn)為超導態(tài)，當電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，串接在電網(wǎng)中的限流器由超導態(tài)轉變到正常態(tài)，以達到限制在傳輸或配電系統(tǒng)中由于短路故障引起的過大短路電流的目的。超導限流器是研究最為活躍的一種超導電力裝置。低溫系統(tǒng)為超導限流器的應用提供最基本的運行條件。超導限流器包括運行在液氮溫區(qū)77K的高溫超導與運行在液氦溫區(qū)4. 2K的低溫超導。與低溫超導相比較，高溫超導的磁熱穩(wěn)定性得到很大的提高，同時也大大地降低了成本。高溫超導的運行費用遠比低溫超導低得多，液氮冷卻費用僅為液氦冷卻費用的1/50左右，在實際應用中大多采用高溫區(qū)超導限流器。通常，適用于超導限流器的低溫系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)采用液氮浸泡，并且使用制冷機提供冷量，及時液化蒸發(fā)的氮氣，從而維持超導限流器工作時所需的低溫環(huán)境。該閉式系統(tǒng)雖然在很大程度上節(jié)省了液氮的使用量，但由于要加入制冷機，成本較高，若僅用于超導限流器的性能試驗，不滿足經(jīng)濟性要求。已有技術中，任麗、唐躍進等人在《超導限流器的性能檢測方法研究》(《低溫與超導》第36卷第一期)一文中采用的是制冷機和液氮冷卻的超導限流器低溫系統(tǒng)以及李建基在《超導限流器》(《電工技術雜志》2002年第7期)一文中為了保證最少量的液氮，對蒸發(fā)的氮氣采用封閉的制冷循環(huán)系統(tǒng)進行收集，并且在制冷機中加以液化。上述兩項研究所采用的低溫系統(tǒng)均為帶有制冷機的閉式系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術的不足，本發(fā)明提出了一種用于超導限流器的液氮低溫系統(tǒng)。 該低溫系統(tǒng)直接采用液氮浸泡，不加入制冷機，通過液氮的浸泡和蒸發(fā)來維持超導限流器工作所需的低溫環(huán)境，因吸收熱量而蒸發(fā)的氮氣直接排入大氣或經(jīng)過后處理后排入大氣。本低溫系統(tǒng)以液氮作為冷卻工質，用于試驗的超導限流器放置于試驗杜瓦中。通過控制電路實現(xiàn)超導限流器超導態(tài)與失超態(tài)的切換。壓力傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器測得的壓力、壓差、溫度以及流量計測得的超導失超時氣化的氮氣質量流量，均輸入計算機，用于評估超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗以及研究超導限流器失超時產(chǎn)生氣泡對低溫系統(tǒng)壓強影響。本試驗裝置結構簡單，易于制造，具有良好的經(jīng)濟性和安全性。本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明包括液氮容器、液氮閥、液氮加注閥、安全閥、閥蓋、試驗杜瓦、保溫層、爆破片、抽空閥、真空泵、放氣閥、流量計、真空測量規(guī)管、壓差傳感器、壓力傳感器、吸附劑、支撐件、超導限流器、控制電路、溫度傳感器和放氣管。其中試驗杜瓦與閥蓋通過法蘭連接，便于超導限流器的更換；超導限流器由支撐件支撐浸泡在試驗杜瓦中，支撐件的上端與閥蓋相連；處于室溫的控制電路與超導限流器電連接，用于實現(xiàn)超導限流器超導態(tài)與失超態(tài)的切換；保溫層安裝在閥蓋下方，用于防止閥蓋積露和積霜；安全閥、爆破片安裝在閥蓋上，防止因超導限流器失超時產(chǎn)生過高氣壓所導致的不安全因素。放氣閥一端通過放氣管與試驗杜瓦連通，另一端通過流量計與大氣相通，流量計用于測量蒸發(fā)的氮流量；液氮容器的輸出端依次通過液氮閥、液氮加注閥與試驗杜瓦連通； 壓差傳感器用于測量試驗杜瓦中液體高度，壓力傳感器用于測量試驗杜瓦中的液氮壓力； 溫度傳感器用于測量超導限流器各點的溫度；真空測量規(guī)管安裝在試驗杜瓦的外壁上，用于測量試驗杜瓦真空夾層的真空度；真空泵通過抽空閥與試驗杜瓦的真空夾層連通，用于對試驗杜瓦的真空夾層進行抽真空；吸附劑放置在試驗杜瓦的真空夾層的底部，用于維持較長時間的高真空。試驗開始前，將待測超導限流器通過支撐件安裝在試驗杜瓦內(nèi)。打開抽空閥，由真空泵對試驗杜瓦的真空夾層進行抽真空，當試驗杜瓦的真空夾層的真空度達到真空要求后，依次關閉抽空閥和真空泵，完成對試驗杜瓦真空夾層的抽真空。打開液氮閥、液氮加注閥，向試驗杜瓦充注液氮，直至壓差傳感器所示壓差值達到一定值，即試驗杜瓦內(nèi)液氮液位達到足以保證超導限流器完全浸泡在液氮中，關閉液氮加注閥，停止液氮的充注。試驗過程中，首先對在超導狀態(tài)下的超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗進行評估。 通過對控制電路的開關控制，使控制電路處于正常工作狀態(tài)，即超導限流器處于超導態(tài)。調(diào)節(jié)液氮加注閥、放氣閥至系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此時表現(xiàn)為壓差傳感器及壓力傳感器讀數(shù)基本不變，采集此時流量計測得的數(shù)據(jù)。通過理論分析、計算，可有效評估在超導狀態(tài)下超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗。然后，通過對控制電路的開關控制，使控制電路處于短路故障狀態(tài)，此時超導限流器失超。采集此時的壓力傳感器測得的數(shù)據(jù)。通過理論分析，研究超導限流器在失超時所產(chǎn)生的氣泡對制冷系統(tǒng)壓強的影響。當液氮迅速氣化，試驗杜瓦內(nèi)部壓力急劇增加時，安全閥自動開啟以泄壓，必要時爆破片爆破以保證安全。當一個規(guī)格超導限流器的試驗完成后，關閉所有儀器和設備。通過斷開控制電路與超導限流器的連接，卸下閥蓋，就可更換不同規(guī)格的超導限流器。將控制電路與新的超導限流器連接后，完成超導限流器的更換。其他條件不變，重復此前超導限流器的試驗步驟， 對更換的超導限流器進行低溫系統(tǒng)制冷損耗的評估及超導失超時所產(chǎn)生的氣泡對制冷系統(tǒng)壓強影響的研究。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以液氮作為冷卻工質，通過液氮提供超導限流器所需的低溫環(huán)境，在超導失超時通過液氮的蒸發(fā)吸收超導限流器所產(chǎn)生的熱量。該低溫系統(tǒng)直接采用液氮浸泡，不加入制冷機，降低了超導限流器性能試驗的成本，滿足了經(jīng)濟性要求。 試驗杜瓦與閥蓋采用法蘭連接，便于更換不同規(guī)格的超導限流器，適用性及可操作性強。本裝置結構簡單，易于制造，具有良好的經(jīng)濟性和安全性。


圖1是本發(fā)明超導限流器液氮低溫系統(tǒng)結構示意圖。圖中1液氮容器、2閥蓋、3試驗杜瓦、4保溫層、5爆破片、6真空泵、7流量計、8真空測量規(guī)管、9壓差傳感器、10壓力傳感器、11吸附劑、12支撐件、13超導限流器、14控制電路、15溫度傳感器、16放氣管、Vl液氮閥、V2液氮加注閥、V3安全閥、V4放氣閥、V5抽空閥。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明包括液氮容器1、閥蓋2、試驗杜瓦3、保溫層4、爆破片5、真空泵6、流量計7、真空測量規(guī)管8、壓差傳感器9、壓力傳感器10、吸附劑11、支撐件12、超導限流器13、控制電路14、溫度傳感器15、放氣管16、液氮閥VI、液氮加注閥V2、安全閥V3、放氣閥V4和抽空閥V5。其中，試驗杜瓦3與閥蓋2通過法蘭連接，便于超導限流器13的更換；超導限流器 13由超導限流器支撐件12支撐浸泡在試驗杜瓦3中，支撐件12的上端與閥蓋2相連；處于室溫的控制電路14與超導限流器13電連接，用于實現(xiàn)超導限流器13超導態(tài)與失超態(tài)的切換；保溫層4安裝在閥蓋2下方，用于防止閥蓋2積露和積霜；安全閥V3、爆破片5安裝在閥蓋2上，防止因超導限流器失超時產(chǎn)生過高氣壓所導致的不安全因素。放氣閥V4 —端通過放氣管16與試驗杜瓦連通，另一端通過流量計7與大氣相通， 流量計7用于測量蒸發(fā)的氮流量；液氮容器1的輸出端依次通過液氮閥VI、液氮加注閥V2 與試驗杜瓦3連通；壓差傳感器9、壓力傳感器10均安裝在試驗杜瓦3內(nèi)，壓差傳感器9用于測量試驗杜瓦3中液體高度的壓差，壓力傳感器10用于測量試驗杜瓦3中的液氮壓力； 溫度傳感器15安裝在超導限流器13表面；溫度傳感器15用于測量超導限流器13各點的溫度；真空測量規(guī)管8安裝在試驗杜瓦3的外壁上，用于測量試驗杜瓦3真空夾層的真空度；真空泵6通過抽空閥V5與試驗杜瓦3的真空夾層連通，用于對試驗杜瓦3的真空夾層進行抽真空；吸附劑11采用分子篩，放置在試驗杜瓦3的真空夾層的底部，用于維持較長時間的高真空。試驗開始前，將待測超導限流器13通過支撐件12安裝在試驗杜瓦3內(nèi)。打開抽空閥V5，由真空泵6對試驗杜瓦3的真空夾層進行抽真空，當試驗杜瓦3的真空夾層的真空度達到真空要求后，依次關閉抽空閥V5和真空泵6，完成對試驗杜瓦3真空夾層的抽真空。 打開液氮閥VI、液氮加注閥V2，向試驗杜瓦3充注液氮，直至壓差傳感器9所示壓差值達到一定值，即試驗杜瓦3內(nèi)液氮液位達到足以保證超導限流器13完全浸泡在液氮中，關閉液氮加注閥V2，停止液氮的充注。試驗過程中，首先對在超導狀態(tài)下的超導限流器13低溫系統(tǒng)的制冷損耗進行評估。通過對控制電路14的開關控制，使控制電路14處于正常工作狀態(tài)，即超導限流器13 處于超導態(tài)。調(diào)節(jié)液氮加注閥V2、放氣閥V4至系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此時表現(xiàn)為壓差傳感器9及壓力傳感器10讀數(shù)基本不變，采集此時流量計7測得的數(shù)據(jù)。通過理論分析、計算，可有效評估在超導狀態(tài)下超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗。然后，通過對控制電路14的開關控制，使控制電路14處于短路故障狀態(tài)，此時超導限流器13失超。采集此時壓力傳感器10測得的數(shù)據(jù)。通過理論分析，研究超導限流器 13在失超時所產(chǎn)生的氣泡對制冷系統(tǒng)壓強的影響。當液氮迅速氣化，試驗杜瓦3內(nèi)部壓力急劇增加時，安全閥V3自動開啟以泄壓，必要時爆破片5爆破以保證安全。
當一個規(guī)格超導限流器13的試驗完成后，關閉所有儀器和設備。通過斷開控制電路14與超導限流器13的連接，卸下閥蓋2，就可更換不同規(guī)格的超導限流器13。將控制電路14與新的超導限流器13連接后，完成超導限流器13的更換。其他條件不變，重復此前超導限流器13的試驗步驟，對更換的超導限流器13進行低溫系統(tǒng)制冷損耗的評估及超導失超時所產(chǎn)生的氣泡對制冷系統(tǒng)壓強影響的研究。
權利要求
1. 一種超導限流器液氮低溫系統(tǒng)，包括液氮容器(1)、閥蓋O)、試驗杜瓦(3)、保溫層 G)、爆破片(5)、真空泵(6)、流量計(7)、真空測量規(guī)管(8)、壓差傳感器(9)、壓力傳感器 (10)、吸附劑(11)、支撐件(12)、超導限流器(13)、控制電路(14)、溫度傳感器(15)、放氣管(16)、液氮閥(Vl)、液氮加注閥(V2)、安全閥(V3)、放氣閥(V4)和抽空閥(V5)，其特征在于試驗杜瓦C3)與閥蓋( 通過法蘭連接，超導限流器(1 由支撐件(1 支撐浸泡在試驗杜瓦(3)中，支撐件(12)的上端與閥蓋(2)連接，控制電路(14)與超導限流器(13)電連接，保溫層⑷安裝在閥蓋⑵下方，安全閥(V3)、爆破片(5)安裝在閥蓋(2)上，放氣閥 (V4)的一端通過放氣管(16)與試驗杜瓦C3)連通，另一端通過流量計(7)與大氣相通，液氮容器(1)的輸出端依次通過液氮閥(VI)、液氮加注閥(Y2)與試驗杜瓦C3)連通；壓差傳感器(9)、壓力傳感器(10)均安裝在試驗杜瓦(3)內(nèi)；溫度傳感器(1 安裝在超導限流器 (13)表面；真空測量規(guī)管⑶安裝在試驗杜瓦(3)的外壁上，真空泵(6)通過抽空閥(V5) 與試驗杜瓦(3)的真空夾層連通，吸附劑(17)采用分子篩，放置在試驗杜瓦(3)的真空夾層的底部。
全文摘要
超導限流器液氮低溫系統(tǒng)，屬于低溫工程與低溫技術領域。包括液氮容器、液氮閥、液氮加注閥、安全閥、閥蓋、試驗杜瓦、保溫層、爆破片、放氣閥、流量計、真空測量規(guī)管、壓差傳感器、壓力傳感器、支撐件、抽空閥、真空泵、超導限流器、控制電路、溫度傳感器和放氣管。該系統(tǒng)以液氮為冷卻工質，用于試驗的超導限流器放置于試驗杜瓦中。由控制電路實現(xiàn)超導限流器超導態(tài)與失超態(tài)的切換。壓力傳感器、壓差傳感器、溫度傳感器測得的壓力、壓差、溫度以及流量計測得的超導失超時氣化的氮氣質量流量，均輸入計算機，用于評估超導限流器低溫系統(tǒng)的制冷損耗以及研究超導限流器失超時產(chǎn)生氣泡對低溫系統(tǒng)壓強影響。該低溫系統(tǒng)結構簡單，經(jīng)濟性和安全性良好。
文檔編號H02H9/02GK102496679SQ20111034398
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者徐彬, 洪智勇, 石玉美, 金之儉 申請人:上海交通大學