高漏抗超导可控电抗器工作原理仿真分析

超导可控电抗器较传统可控电抗器具有具有体积小、重量轻,效率高,阻燃,谐波小等优点.本文对高漏抗超导可控电抗器的工作原理和结构进行了介绍.通过电磁仿真对高漏抗超导可控电抗器两个超导线圈均开路、两个超导线圈一开路一短路、两个超导线圈均短路三种工作状态的原理特性及优缺点分别作了详细研究,并结合材料特性和设计工艺进行了相关分析.     

高漏抗式超导可控电抗器的设计和样机实验

可控电抗器作为一种可连续调节的无功补偿装置,在高压长距离输电中是非常必要的.文章设计了一台高漏抗型超导可控电抗器(HLRT-HTSCR),通过样机的特性实验验证了这种可控电抗器的可实现性,同时,实验结果表明其具有优良的阻抗调节特性.样机实验测得的超导线圈直流临界电流与理论计算得到的电流值相吻合,验证了设计理论的正确性,并且说明在使用过程中要注意超导线圈临界电流的限制,避免过电流情况的发生.文章通过样机实验揭示超导可控电抗器的工作特性,对于其发展具有重要的推动意义.     

35-110kV高温超导电缆终端低温恒温器热负荷分析

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kV电压等级、额定电流交流2 000A的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300W;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。     

高温超导电流引线研究进展概述

超导装置中需要电流引线实现室温端外部电源与处于低温环境的超导磁体相连，采用高温超导电流引线可以有效降低端漏热，降低运行成本.在满足设计电流的基础上，尽可能降低电流引线的总漏热，提升其失冷时间与烧毁时间，是高温超导电流引线的优化目标.本文概述了高温超导电流引线的传热分析、结构设计、安全性评价以及国内外具体应用案例.     

百安级变截面珀尔帖电流引线漏热分析

横跨低温到室温温区的电流引线是连接电源和超导装置的部件,是超导装置的主要漏热源之一.因此减小由于电流引线导致超导低温系统的漏热对低温系统的稳定运行和运行效率至关重要.在传统铜电流引线的室温端插入热电材料碲化铋(Bi_2Te_3)形成的珀尔帖电流引线(Peltier current lead,以下简称PCL)可以有效地减小由于电流引线造成的漏热.珀尔帖电流引线将漏热从纯铜引线的42.4W/kA降低到30.470W/kA.在本文中采用有限元法对PCL进行优化,得到PCL的最优几何参数.改变PCL中铜引线和热电材料碲化铋的横截面面积,并计算改变横截面面积时PCL的漏热.仿真结果显示改变PCL中铜引线的横截面面积时对电流引线的漏热影响不大,而在改变PCL中热电材料的横截面,可以将PCL的漏热从30.470 W/kA降低到27.36 W/kA.     

变截面电流引线的漏热分析与优化设计

电流引线的漏热大小直接关系到超导设备的运行稳定性与运行成本。文中重点探讨了变截面引线在HTS电流引线优化设计中的应用,通过有限元法计算了不同规格的变截面引线的漏热大小,得出了变截面引线漏热与引线长度及截面积之间的变化规律。并为一个基于2G HTS的YBCO高温超导储能装置设计了曲线形扁铜带变截面电流引线。文中的计算结果对于变截面电流引线的优化设计提供了一定的参考价值。。     

超导可控电抗器低温系统冷却管道设计

35k V超导可控电抗器工作在70K温区和交流工况下时,由于交流损耗和杜瓦漏热等因素影响,超导双饼端部及杜瓦内壁会产生温升,引起局部失超。文中对超导可控电抗器使用低温过冷液氮冷却进行了分析,调节冷却液流量,改变冷却管道分布和冷却液入口温度,进行了冷却效果的对比分析。仿真结果表明,增大冷却液流量、均匀分布冷却管道和降低冷却液入口温度能够降低杜瓦内温升。     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量

电流引线是高温超导变压器的主要外部漏热来源,它的漏热量直接影响了超导变压器的经济性能,因此,引线的设计与漏热测量一直备受关注。文中构建了一个实验方案,运用量热法测量低压引线的漏热,并将试验结果与仿真预期值进行了对比和分析,从而验证了仿真设计的正确性。     

珀尔帖电流引线界面漏热特性分析

对应用在超导直流装置中的珀尔帖电流引线在有限元仿真软件COMSOL中建模,以最小漏热为目标对珀尔帖电流引线进行了优化设计。在确定了珀尔帖电流引线最优几何参数后,对珀尔帖电流引线在不同电流值时轴向的温度分布、漏热值、热电元件低温端温度值以及两端的温度差、热电元件两端的电势差等进行了定性分析。在最优模型的基础上,建立了考虑焊接材料时的仿真模型,分别分析了热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)对珀尔帖电流引线漏热和热电元件碲化铋低温端温度值的影响。由仿真结果分析可以得到,在热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)使珀尔帖电流引线的漏热增加了,但增量是比较小的。     

6kA气冷二元电流引线优化

为了开展高温超导导体实验研究,中国科学院等离子体物理研究所正在建设背场达6 T,最大测试电流为30 kA的超导导体测试装置。在进行高温超导导体测试时,要为背场磁体提供约6 kA的电流。为了减少电流引线的漏热,设计了自洽气冷二元电流引线,主要由铜换热器段及高温超导段组成。并以电流引线低温端漏热最小及低温端漏热使得的液氦蒸发量等于冷却电流引线所需的氦气量为依据,采用自编c程序对电流引线的尺寸进行优化。同时从简化结构、增加对流换热系数的角度出发,设计出换热效率高、满足换热需求的铜换热器。     

松弛迭代法在电流引线设计中的应用

对于大多数超导电力装置来说,用于制冷的费用决定着整个系统的长期运行成本,电流引线漏热是低温系统的主要热负荷来源,是造成整个超导装置中静态冷量损失的主要原因。引线温度分布决定了漏热的大小,实际工程应用中常需要在给定尺寸下求解电流引线的温度分布及低温端漏热,文中介绍的松弛迭代法可迅速求解出电流引线沿线的温度分布,并推导出引线低温端漏热,由于松弛法可以通过多次迭代实现误差控制,因此,求解精确度能得到有效保证,为不同工况下电流引线优化设计提供了一种快速有效的计算方法。     

气冷变截面电流引线优化计算方法

超导低温装置中的电流引线连接室温中的电源与超导单元,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,形成了气冷变截面电流引线优化设计方法.使用此方法为一个YBCO HTS带材临界电流测试装置设计了变截面电流引线.本文的设计方法为变截面电流引线的实际应用提供了一定的参考.     

气冷变截面电流引线优化设计与实验研究

电流引线是连接超导低温装置室温电源与超导单元的桥梁,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,提出了气冷变截面电流引线优化设计方法.应用此方法为一个YBCO高温超导带材临界电流特性测试装置设计了变截面电流引线.通过对电流引线的温度场分布进行实验测量,并与设计值进行比较,结果吻合较好,证明了气冷变截面电流引线设计方法的有效性和实际优化效果.本文的设计方法及相关实验研究为变截面电流引线在超导低温装置中的实际应用提供了一定的参考.     

ITER超导母线结构设计与分析

国际热核试验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)采用超导母线(Superconducting Busbar)连接磁体线圈和电流引线,传递整个磁体系统所需的电流.本文就ITER超导母线的绝缘、固定以及结构设计进行阐述,并通过有限元分析法对结构进行分析,为最终结构的确定提供理论依据.     

超导装置电流引线的研究进展

电流引线是连接室温端电源和低温端超导装置的重要部件,也是超导装置热损耗的主要热源之一。选择合适的电流引线形式,并进行引线结构优化设计,可以提高超导装置的可靠性和经济性。概述了电流引线的优化设计目标和分类形式,介绍了全金属电流引线、高温超导电流引线和珀尔帖电流引线的研究进展,分析比较了三类电流引线的工作特点和适用场景,可为超导装置的电流引线选型和优化设计提供参考。     

超导可控电抗器对云南电网500kV线路电压调节分析

饱和铁芯型超导可控电抗器(saturated core superconducting controllable reactor)是一种超导电力技术研发的新型可控电抗器。与传统电抗器相比,具有体积小、重量轻、效率高、阻燃等优势,在超高压输电系统中对调节电压起着重要作用。通过分析饱和铁芯型超导可控电抗器的原理,利用PSCAD搭建云南电网德宏至砚山500kV输电线路模型,结合实际线路的潮流分布,在线路首端博尚和线路末端砚山投入超导可控电抗器进行仿真分析,比较在不同运行方式下投入可控电抗器前后对两地电压的调节效果,为饱和铁芯型超导可控电抗器在云南500kV输电系统中的应用提供参考。     

ITER校正场磁体超导接头的设计与测试

设计了一种超导接头用于ITER校正场线圈和超导电流引线之间电流和液氦传输。介绍了校正场线圈超导接头和超导体的结构,计算了接头的直流电阻,确定了合理的超导接头制造工艺。超导接头样品电阻的检测值为1.4nΩ,低于5nΩ的设计值。     

超导应用Peltier电流引线界面热(电)阻特性研究

对一种新型的超导低温系统电流引线(Peltier引线)进行了分析;建立了考虑热界面效应的数学模型,给出了可用于迭代求解的解析表达式;以最小漏热和最小功耗两种目标分别对直接冷却下的Peltier引线进行了结构优化,分析了热电材料与铜之间的接触界面热阻、电阻的影响。不考虑界面阻力时,优化得到的PCL引线与二元电流引线相比,漏热可减少近30%,功耗可减少约26%。界面阻力会明显削弱PCL引线的优势,需在设计中给与足够重视,依据工作电流将界面阻力控制在可以接受的范围。     

NbTi超导缆绝缘工艺温度下电阻率的研究

超导线圈绝缘固化可以通过给超导线圈中超导缆通入电流,以超导缆自身产生的焦耳热对线圈加热,得到线圈绝缘工艺所需的温度;同时将CICC导体中Nb Ti超导缆和单根超导线加热到线圈绝缘工艺相关温度,用直流四线法测量Nb Ti超导缆和单根超导线在不同温度下的电阻率,得到在303K~443K温度区间内Nb Ti超导缆和超导线电阻率随温度变化的关系式,并依据超导缆绞缆结构对二者进行折算和对比,确认了超导缆电阻率测量结果的可靠性。根据测得的电阻率-温度关系,可以得到在不同温度下超导缆产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供了重要的参考依据。     

35kV/1.0kA冷绝缘高温超导电缆温度分布

针对35 kV/1.0 kA单相冷绝缘高温超导电缆及以液氮为低温冷却介质的单通道循环冷却系统,研究超导电缆轴向和径向温度分布。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程。通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时超导电缆的轴向和径向温度分布,为超导电缆低温系统的设计与优化提供了重要的参考价值。