单通道冷绝缘高温超导电缆铜骨架的设计计算

单通道冷绝缘高温超导电缆的铜骨架直径的主要决定因素为超导电缆的短路热稳定性、载流能力以及交流损耗.除此之外,由于超导层带材的排布方式间接地影响了超导电缆的载流能力、交流损耗以及超导电缆的机械强度,因此在设计时带材排布方式也是必须要考虑的设计铜骨架直径的因素.文中综合考虑各因素之间的重要程度,提出了设计单通道冷绝缘高温超导电缆铜骨架的设计流程,并以110kV/3kA的高温超导电缆为例进行了设计计算.     

高温超导电缆在故障状态下的温升计算

为了更好地研究高温超导电缆在电力系统中的暂态过程,有必要研究高温超导电缆温升情况。从高温超导电缆的结构出发,分析了高温超导电缆的温度特性,建立了故障状态下高温超导电缆温度分布的数学计算模型,并通过MATLAB仿真软件对220kV高温超导电缆模型进行了仿真计算。结果表明高温超导电缆超导层与屏蔽层温度在系统发生三相短路时瞬间增大,但随着故障的解除而减小;超导层与屏蔽层电阻在瞬间增大之后会随温度的增大而增大。结果验证了所提出的电缆温度数学模型的可行性。     

高温超导电缆暂态热过程仿真研究

高温超导电缆输电技术作为一种新型电力传输技术,已成为当前电力传输技术的重要发展方向之一.当高温超导电缆运行在电力系统中时,必将经受诸如系统短路故障电流、瞬时大负荷冲击等各种故障电流冲击,高温超导电缆的传输能量较高,一旦发生故障,不仅会对高温超导电缆本体造成损伤,还会严重影响其供电可靠性乃至整个电力系统的稳定性.为保证电力传输系统的安全稳定运行,对超导电缆失超的热过程进行研究是非常有必要的.本文首先介绍了超导电缆失超的暂态热过程数学模型,接着确定了其边界条件,最后在Matlab中,对超导电缆在电流冲击下的热过程进行了仿真研究.     

智能电网超导装备的电磁设计与暂态特性分析

基于第二代高温超导材料的超导变压器和超导电缆作为智能电网超导设备,可以灵活应对电力系统发生短路故障等暂态环境,保证电网稳定运行。针对31.5 MVA,110 kV/10.5 kV的超导变压器和10.5 kV/1.85 kA的三相同轴电缆的联合运行开展电磁设计和暂态特性分析,提出了超导设备的结构参数和电气参数,建立了基于MATLAB和PSCAD/EMTDC包含可变电阻、损耗和电抗的仿真模型,仿真结果显示,超导变压器具有限流功能,配合超导电缆运行,超导电缆的出口短路电流降低了21%,大幅降低超导电缆的出口短路电流和故障中的产热,对于线路制冷系统和后续恢复具有重要意义。     

10kV三相同轴高温超导电缆暂态电热特性分析

三相同轴高温超导电缆会受到电力系统中短路故障电流冲击,产生大量热,并可能被损坏。通过采用超导电缆各层的电流分布解析算法和温度分布数值计算法,构建了电缆仿真分析模型,包含电路模型、热模型和电热耦合模型。对10 kV/1.5 kA三相同轴高温超导电缆在20 kA,持续0.21 s故障电流冲击时的电流、电阻和温度分布进行计算。结果表明,在故障时间内,伴随着温度的上升,电缆各相等效电阻逐渐上升和电流逐渐下降。电缆三相同时短路时超导层的温度上升最大,温度最高可达131.1 K。电缆单相或两相短路时通过中性线的电流最大。分析结果为电缆的参数优化和保护运行系统的装置设计提供了参考依据。     

三相同轴冷绝缘超导电缆结构设计

三相同轴超导电缆具有节约高温超导带材用量、减小电缆体积和降低制冷功率等优点,是目前配电网应用的热点。受超导电缆短路热稳定性、载流能力及交流损耗的影响,三相同轴超导电缆结构设计难度较大。本文通过研究铜稳定层截面、超导层带材排布方式来设计三相同轴超导电缆,获得超导电缆的载流能力及交流损耗特性。建立故障电流下超导电缆热传导模型,提出了三相同轴冷绝缘高温超导电缆结构设计流程,并以10 kV/2.3 kA的高温超导电缆为例进行了优化设计。结果表明,在故障电流下,合理设计结构可有效减小电缆产生的焦耳热,增大超导电缆对故障电流的承受能力。     

±100 kV/1 kA能源管道双极直流高温超导电缆导体设计

本文提出了一种新的超导电缆导体设计方法,利用Bi系超导带材的机械及电磁特性,结合超导电缆的短路特点、磁场分布和电压,给出了骨架、导体层和主绝缘部分的设计数据,并使用液化天然气作为超导电缆的冷却介质,完成了能源管道±100 kV/1 kA双极直流高温超导电缆导体设计,结果满足要求。     

高温超导直流电缆系统设计及漏热分析北大核心

近年来,高温超导技术研究在输配电领域取得了显著的进展,超导电缆应用技术成为其重点发展方向。其中,冷却系统的设计是保证超导电缆输配电系统稳定运行的关键技术。针对一套高温超导直流电缆系统中的终端恒温器、电流引线和超导电缆本体等关键部件进行了漏热分析,并通过理论计算和有限元仿真,对高温超导电缆系统的热负荷进行了评估,为该系统可靠运行提供了保障。     

高温超导直流电缆系统设计及漏热分析

近年来,高温超导技术研究在输配电领域取得了显著的进展,超导电缆应用技术成为其重点发展方向。其中,冷却系统的设计是保证超导电缆输配电系统稳定运行的关键技术。针对一套高温超导直流电缆系统中的终端恒温器、电流引线和超导电缆本体等关键部件进行了漏热分析,并通过理论计算和有限元仿真,对高温超导电缆系统的热负荷进行了评估,为该系统可靠运行提供了保障。     

高温超导电缆在城市地下输电系统应用的可行性研究

本文通过对交流高温超导电缆系列设计计算对额定电压35kV、110kV、220kV的高温超导电缆,按不同传输电流(或传输容量),以高温超导电缆的传输效率(损耗与传输容量比)、高温超导电缆外径限值和超导导体绕制结构限制条件,确定高温超导电缆适用性界定条件,提出城市地下输电、配电系统用高温超导电缆可行方案.     

Status of high temperature superconductor cable and fault current limiter projects at American Superconductor

This paper will describe the status of three key programs currently underway at American Superconductor Corp. The first program is the LIPA project which is a transmission voltage high temperature superconducting cable program, with funding support from the US Department of Energy. The 600 m cable, capable of carrying 574 MVA, was successfully installed and commissioned in LIPA grid on April 22, 2008. An overview of the project, system level design details and operational data will be provided. In addition, the status of the newly awarded LIPA II project will be described. The second program is Project Hydra, with funding support from the US Department of Homeland Security, to design, develop and demonstrate an HTS cable with fault current limiting functionality. The cable is 300 m long and is being designed to carry 96 MVA at a distribution level voltage of 13.8 kV. The cable will be permanently installed and energized in Manhattan, New York in 2010. The initial status of Project Hydra will be presented. The final program to be discussed is a transmission voltage, high temperature superconducting fault current limiter funded by the US DOE. The project encompasses the design, construction and test of a 115 kV FCL for power transmission within a time frame of 4–5 years. Installation and testing are planned for a Southern California Edison substation. A project overview and progress under the first phase will be reported.     

基于补偿法的超导单元交流损耗测量系统设计

交流损耗是影响超导电力装置运行稳定性和成本的关键因素之一.本文提出了一种基于电压补偿法的大载流超导单元交流损耗测量方法,通过串联在回路中的大电流补偿线圈,抵消超导单元的感性电压来实现.在系统设计上,通过数据采集卡和运动控制器,获取超导单元、补偿线圈的电压信号,同时控制步进电机拖动补偿线圈.通过相位的对比计算,实现精确定位补偿,从而测量超导单元的交流损耗.最后,在不同频率下,测量了0.2 m长、110 kV/1.5 kA的高温超导电缆样缆的交流损耗,得出的交流损耗曲线与计算结果基本吻合.实验结果表明,采用补偿线圈的交流损耗测量系统具有自动检测、定位和测量功能,可以实现具有大电流容量超导单元交流损耗的准确测量.     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

100kV直流高温超导电缆终端应力锥设计

本文提出了一种新的单直线应力锥设计方法,根据PPLP材料的绝缘特性,结合超导电缆的本体尺寸和设计电压,给出了增饶绝缘厚度和应力锥轴向长度的设计数据,其中增饶绝缘厚度为3.5 mm,应力锥轴向长度为38.5 mm,并对单直线应力锥进行电场数值分析,结果表明,所设计的单直线应力锥满足100 kV直流高温超导电缆运行要求。     

基于PSCAD/EMTDC的高温超导电缆模型

在PSCAD/EMTDC中对国内首条110kV冷绝缘高温超导电缆建立了模型,该模型能够反映出电流在导体层和铜骨架之间的分流情况;将MATLAB与PSCAD/EMTDC通过接口程序连接,在MATLAB中编写了导体层阻值的计算程序,该程序考虑到了温度和电流的影响,能够反映出每一个采样时间段内阻值的变化情况;设置了单相接地故障,对故障电流下超导电缆的失超过程进行了仿真,得到并分析了失超过程中电流波形图以及导体层的温度曲线。     

110kV冷绝缘高温超导电缆在故障电流下的温度计算与分析

研究了110kV冷绝缘高温超导电缆失超时,故障电流的分流情况,并以此为依据,建立了电缆在故障电流下失超时,温升与时间关系的计算模型;通过MATLAB对计算模型进行了求解,并对求解结果进行了分析;计算出了电缆在不同故障电流下,温度上升到不同值所需要的时间,进一步明确了故障电流的大小对电缆温升的影响。     

10 kV紧凑型三相同轴高温超导电缆交流损耗研究

根据10 kV紧凑型三相同轴高温超导电缆参数,在COMSOL Multiphysics有限元软件中建立电缆的二维仿真模型,基于H方程求解了电缆在额定工况稳态运行时以及不同传输电流下的磁场分布和交流损耗;在此基础上,分析了绕制半径、相间距离以及相间相对角度对交流损耗的影响.仿真结果表明,各相超导层绕制半径越小,相间距离越小,各相产生的交流损耗越小;三相的交流损耗有随着超导层结构周期性变化的特点,且当相间相对角度为0°时,各相产生的交流损耗最大.     

35kV/2kA 高温超导电缆系统现场安装、调试和运行缺陷分析

35kV/2kA超导电缆系统的研制,已经完成,并于2004年4月并入云南昆明220kV普吉变电站输电网络正式运行。该文介绍了普吉超导电缆系统现场安装和调试,总结了其运行情况,分析了电缆系统在一个大修周期内的故障和缺陷情况。普吉超导电缆系统现场的安装、调试和运行管理,能够适应电力系统相关规范的要求,在电网的统一调度下,实现安全送电1.6亿度。     

氦气冷却的MgB_2超导直流电缆本体热分析

清华大学、剑桥大学和麻省理工学院正在合作研制氦气制冷的MgB2超导直流电缆。针对此超导电缆本体结构,建立了简化热分析模型,求出了电缆的漏热量和氦气的轴向温度分布,并对氦气的进口温度、质量流率进行了优化分析;最后,利用FLUENT软件对整个电缆内流动和传热过程进行了2D建模和数值仿真;仿真结果和简化模型计算结果非常吻合,表明了简化分析模型可用于该类型超导电缆的热分析和热设计。     

电力故障运行下磁偏置超导限流器超导限流单元的电-热特性分析与验证

本文的磁偏置高温超导故障限流器(SFCL)是一种新型超导限流器,在系统出现短路故障时,发生失超现象,产生高阻抗限制短路电流,达到一定时间后断开超导单元,再由双分裂电抗器二次限流.当短路电流消失后,自动快速恢复到无阻特性,然后重新合闸投入系统运行.在SFCL并网运行前,要对并网运行中出现相间短路等故障的暂态运行特性进行分析,了解并网运行时的状况.本文利用Matlab/Simulink构建了SFCL的仿真分析模型,包含超导限流单元的等效电路模型和热模型.该模型被接入一个由Matlab/Simulink构建的10kV电力系统模型中,用来仿真SFCL的并网运行特性.仿真结果表明了SFCL在并网运行中的效果,以及相间短路故障下失超电阻、通过电流和超导限流单元温度的变化.同时,在中国国网辽宁电力虎石台对SFCL进行了并网运行试验,得到了相间短路故障下的暂态运行特性和失超恢复时间.本文的仿真分析和试验结果,证明了该SFCL样机具备10kV 并网能力,以及快速响应、逐级限流和快速恢复能力