超导限流器开环制冷液位监控系统及方法与流程

本发明属于液位监测领域，特别涉及超导限流器开环制冷液位监控系统及方法。

背景技术：

1、超导限流器是利用超导体的超导态—正常态转变的物理特性来达到限流目的，它融检测、触发和限流于一体，反应速度快，正常运行时的损耗很低，能自动复位，是十分理想的限流装置。在电力系统中安装超导故障限流器可大大降低短路故障电流，从而显著提高系统的稳定性和可靠性、大大改善电能质量、明显降低电网的建设和改造成本，并提高电网的输进容量，当前已成为推动电网发展的先进技术之一，具有显著的市场应用前景。但受制于低温运行环境，超导限流器需要额外配置低温辅机系统，因此其运行可靠性和经济性还存在不足，导致实用化受到较大的影响。为此研究经济型超导限流器低温制冷方式，通过开环冷却和通用性监控接口设计，实现安全可靠的超导低温运行，从而适用于大部分超导电力设备的冷却要求，为发展超导技术奠定重要的基础平台条件。

2、液氮开环制冷系统根据使用的液氮温度不同，分为过冷液氮冷却系统和饱和液氮冷却系统。采用过冷液氮系统需要加装额外的冷却单元，并且里面有一个热交换器，通过沸腾传热和对流传热的方式，将管道中的饱和液氮的温度降低，产生过冷液氮，管道外的饱和液氮不断汽化，通过汽化器直接排出。该系统结构较复杂，需要额外的制冷单元，而且热交换器会降低热传导效率，液氮消耗量更大，经济性不高。现有的饱和液氮冷却系统一般为液氮直接浸泡方式，由于受环境温差和低温容器漏热的影响，导致液氮不断汽化成氮气排出，因此存在液氮液位很难测量，安全性较差的缺点。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种超导限流器开环制冷液位监控系统及方法，解决了现有技术中存在的由于液氮实时汽化导致液位并不稳定，处于沸腾湍流态，液位计无法进行准确测量、液氮大量汽化容易引起低温冻伤和缺氧的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：超导限流器开环制冷液位监控系统，包括液氮储罐和低温杜瓦，其特征在于，液氮储罐与低温杜瓦之间设有低温电磁阀；在低温杜瓦内设有温度传感器和电容数字液位计，温度传感器、电容数字液位计与低温杜瓦外部的控制柜信号联通；温度传感器从超导限流器顶部沿杜瓦高度方向均匀放置，用来测量不同高度的杜瓦内温度，电容数字液位计直插入杜瓦，将温度测量值和液位测量值一起通过信号线传输到控制柜。

3、所述的控制柜包括plc控制器、直流电源、中间继电器、触摸显示屏和声光报警器。

4、超导限流器开环制冷液位监控系统的监控方法，其步骤为：

5、1)数据采集算法：通过高速数据采集卡采集输入的电压、电流、温度、液氮液位信号数据，发送到上位机显示；

6、2)温度修正：通过plc实现数据采集和温度修正算法判断液氮液位，针对修正后的液氮液位值，已知液氮温度t0＝-196℃，液位计测量的液氮液位为hl，该位置对应的温度测量值为tl，应用修正系数k对液氮液位hl进行修正，获得修正后的液氮液位hp；

7、

8、hp＝(1-k)·hl   (2)

9、3)判断及执行：如果发生液氮液位低于给定阈值，发送命令导通液氮管道阀门，进行补液，同时发送状态信息到上位机显示超导限流器杜瓦内液氮位置状态和阀门动作状态，并保存液位数据到数据文件进行记录；如果高于给定阈值则无需补液。

10、具体方法为：

11、3.1)监控系统对低温电磁阀设置开阀液位和关阀液位，在开阀液位时，低温电磁阀开启，开始补液氮；在关阀液位时，低温电磁阀关闭，停止补液氮，所有液位设定值单位为mm。

12、3.2)液氮液位设置分为l、m、h三级显示，h为高液位报警、l为低液位报警；液位在h和m之间，系统绿灯亮，表示系统状态良好；液位在m和l之间时，系统黄色亮，表示系统状态欠佳；液位低于l时，系统红灯亮，表示低温系统状态很差，触发声和红色光报警；此三灯与声报警一体化动作，当红色灯和声音同时发生时，低温电磁阀闭合，进行补液；

13、3.3)开阀液位设定值大于l设定值，关阀液位设定值大于m设定值并小于h设定值。

14、根据权利要求4所述的超导限流器开环制冷液位监控系统的监控方法，其特征在于，所述的监控系统的触摸屏上设置有补液和停液的状态指示，补液为绿色、停液为红色。

15、本发明创造的有益效果为：本发明采用饱和液氮冷却系统，超导限流器浸泡在饱和液氮中，通过热传导液氮不断汽化从而带着热量，冷却超导限流器，采用温度修正算法，准确判断液氮液位，实现对超导限流器的低温系统控制，该技术难度小，低温系统结构简单，控制方便，具有较高的液位控制精度，并且成本低，具有很好的技术经济性。

技术特征：

1.超导限流器开环制冷液位监控系统，包括液氮储罐和低温杜瓦，其特征在于，液氮储罐与低温杜瓦之间设有低温电磁阀；在低温杜瓦内设有温度传感器和电容数字液位计，温度传感器、电容数字液位计与低温杜瓦外部的控制柜信号联通；温度传感器从超导限流器顶部沿杜瓦高度方向均匀放置，用来测量不同高度的杜瓦内温度，电容数字液位计直插入杜瓦，将温度测量值和液位测量值一起通过信号线传输到控制柜。

2.根据权利要求1所述的超导限流器开环制冷液位监控系统，所述的控制柜包括plc控制器、直流电源、中间继电器、触摸显示屏和声光报警器。

3.利用权利要求1-2任意一项所述的超导限流器开环制冷液位监控系统的监控方法，其特征在于，其步骤为：

4.根据权利要求3所述的超导限流器开环制冷液位监控系统的监控方法，其特征在于，所述的步骤3)中，具体方法为：

5.根据权利要求4所述的超导限流器开环制冷液位监控系统的监控方法，其特征在于，所述的监控系统的触摸屏上设置有补液和停液的状态指示，补液为绿色、停液为红色。

技术总结超导限流器开环制冷液位监控系统及方法，系统实时检测超导限流器低温杜瓦中温度和液位状态，但由于液氮实时汽化导致液位并不稳定，处于沸腾湍流态，液位计无法进行准确测量，本发明根据温度计测量值来修正液氮液位状态，从而准确获得液位值，然后与参考值比较，计算液位偏差量，从而控制液氮管路阀门导通和关断，能实时显示超导限流器杜瓦内液氮位置，不同位置的温度和液氮阀门开关状态，具有历史记录查询功能。该系统具有液位控制精度高、稳定性强、故障率低、交互界面友好、操作简单等优点。技术研发人员：刘钧迪,王飞鸣,李冰,吴晗序,金元元,王金辉,李惺宇,曹健受保护的技术使用者：辽宁东科电力有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29