高温超导SMES磁体的失超检测研究

失超保护是保证磁体安全运行的重要措施,而失超检测是失超保护正常动作的前提。由于SMES磁体运行工况的特殊性,现有失超检测方法在失超信号提取上遇到电磁噪声干扰严重的问题。文中针对高温超导SMES的运行工况,对电桥检测法进行了改进,通过对电桥信号的滤波设计解决电磁噪声干扰,设计了一套适用于高温超导SMES磁体在交变电流情况下的失超检测系统,同时进行了高温超导磁体的失超检测实验。实验结果表明,此系统能快速、准确地检测失超信号,并输出保护动作信号。     

基于多布拉格光栅串的ReBCO带材失超探测研究

高温超导电缆、线圈和磁体的失超探测一直都是一个难点。利用基于光纤光栅传感技术的多光栅串温度监测系统,通过检测温度的实时变化为快速探测失超并准确找到失超点提供了一种新的方法。通过多次对高温超导带材失超探测实验,结果表明,在超导带材失超时,多光栅串会同时发生中心波长位移,表明带材温度变化可以被光栅串实时监测。通过理论计算和实验测定,验证了基于多光栅串探测高温超导失超的可行性,为后续的高温超导磁体和超导电缆的失超探测提供了一种新方法。     

高温超导带材失超传播特性实验研究

采用测量多个电压节点顺序失超的方式,测量了在液氮浸泡和有包裹材料情况下不锈钢加强Bi-2223/Ag和YBCO涂层导体高温超导带材样品的失超传播速率。根据实验结果,Bi-2223/Ag高温超导带的失超传播速率约为2 cm/s,YBCO带材的失超传播速率约为0.4 cm/s,均远远低于低温超导材料的相应数值。对这一现象的原因进行了简要分析,并根据高温超导带材的这一特点,提出了在高温超导电力应用中需特别注意的问题。     

一维热传播模型下高温超导带的失超特性研究

对Bi-2223/Ag高温超导带材的失超传播特性进行了研究。测量了Bi-2223/Ag带材在有绝缘材料包裹和液氮浸泡环境下的电压变化曲线,同时利用一维热流方程模型,模拟出超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为,同时还对传输电流和触发能量对失超传播速度的影响进行了实验研究。这些工作对高温超导磁体及电力系统的应用有着重要的参考价值。     

Bi-2223/Ag超导带材的失超传播速度研究

文中对超导带材的失超产生机理进行了详细分析,建立了其失超传播的计算模型。在此基础上,对Bi-2223/Ag高温超导带材失超传播进行了实验研究,用四引线法测得不同条件下其失超传播的U-t曲线,由此计算出Bi-2223/Ag超导带材的失超传播速度为0.4cm/s～1.98cm/s。实验结果表明:带材的失超传播速度与载流大小有关,与触发失超的能量无关,带材载流越大,失超传播得越快。     

环氧浸渍材料厚度对高温超导体失超传播特性的影响研究

研究了不同环氧树脂厚度浸渍的 ReBCO 高温超导带材的最小失超能( MQE) 和失超传播速度(NZPV) ,分析了不同环氧树脂厚度对 ReBCO 高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的关系. 结果表明,ReBCO 高温超导带材的最小失超能随环氧树脂厚度的增加变化很小;ReBCO 高温超导带材的失超传播速度随着环氧树脂厚度的增加而增大.     

二代高温超导带材失超电阻的交-直流等效计算方法

超导故障限流器具有通态损耗低、响应速度快等优点,是一种应用场景广阔的超导电力设备,但二代高温超导带材失超电阻的有效计算较困难,难以同时满足计算精度和速度的要求。本文对YBCO高温超导带材进行交流和直流过电流冲击实验,测量了短路故障电流作用下带材的失超电阻特性。结果表明,带材失超电阻与积累能量具有一一对应关系,且该对应关系在交流和直流工况下一致。以此为理论基础,搭建了基于电阻-能量关系的电阻型超导限流器失超电阻计算模型,提出了交直流等效失超电阻分析方法,可用交流冲击实验等效替代直流实验,降低实验与仿真建模的难度。     

高温超导线圈交流通流失超检测方法的实验研究北大核心

目前的失超检测的方法多针对超导线圈的直流工作状态。在交流损耗等实验研究及部分电力应用中,超导线圈将工作在交流通流状态。为了保障这种情况下超导线圈的安全,需要进行交流失超检测方法的研究。设计了用于高温超导线圈交流通流的失超检测方法,将桥路交流电压信号转换为直流信号后,对工作在交流通流情况下的超导线圈的失超状态进行判断。通过搭建实验平台进行了相关的实验。实验结果显示,采用这种方法能够有效地对工作在交流情况下的超导线圈进行失超检测。     

一种YBCO带材及其单饼线圈的失超传播特性分析

对一种YBCO涂层的高温超导带材及其单饼线圈进行了失超传播特性的实验测试与分析。实验测试在77K温度的液氮环境下进行,给带材通入恒定直流电流,使用加热丝给带材上一点提供脉冲热扰动,主要测量了超导带材及单饼线圈失超传播过程中的最小失超能和失超传播速度。实验结果表明YBCO超导带材及其线圈的失超传播速度随电流升高而增大,最小失超能随电流升高而减小,线圈中径向传播速度要远小于纵向传播速度。     

高温超导线圈交流通流失超检测方法的实验研究

目前的失超检测的方法多针对超导线圈的直流工作状态。在交流损耗等实验研究及部分电力应用中,超导线圈将工作在交流通流状态。为了保障这种情况下超导线圈的安全,需要进行交流失超检测方法的研究。设计了用于高温超导线圈交流通流的失超检测方法,将桥路交流电压信号转换为直流信号后,对工作在交流通流情况下的超导线圈的失超状态进行判断。通过搭建实验平台进行了相关的实验。实验结果显示,采用这种方法能够有效地对工作在交流情况下的超导线圈进行失超检测。     

Temperature profile evolution in quenching high-T c superconducting composite tape

Irreversible normal zones leading to quench is an important aspect of high-temperature superconductors (HTS) in all practical applications. As a consequence of quench, transport current gets diverted to the matrix stabilizer material of the high-T _c composite and causes Joule heating till the original conditions are restored. The nature of growth of the resistive zone in the superconductor greatly influences the temperature evolution of the quenched zone. In this investigation, a complete mathematical analysis of the temperature profile evolution following a quench in a HTS has been carried out. Such prediction in temperature profile would aid the design of HTS tape-based practical applications in limiting the thermal stress-induced damages in off-normal scenarios.     

高磁场大分离间隙的高温和低温超导磁体失超特性分析

本文使用失超分析软件Opera3D对低温和高温超导磁体进行失超分析.这个超导磁体具有两个相互垂直的室温孔,磁体的中心磁场为8～10T.为了合理保护超导磁体,通过变换加热器不同的加热功率密度和加热时间,改变保护电路参数等设置,分析各不同方案计算结果的区别,总结规律,为满足工程需求提出更优的失超保护方案.     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

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。     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

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。     

温度对高温超导材料(HTS)性能的影响

超导电力技术将为电力工业带来重大的技术突破,其在电力系统中的应用具有重大意义,而失超保护则是对超导电力系统安全运行的保障。在失超保护设计中正确把握温升对超导材料性能的影响非常重要。该文以高温超导带材为样品,通过实验实际测得加热到不同温度时样品恢复后的临界电流,研究了超导材料经历不同温升后临界电流的变化情况。结果显示:对于同一样品,超过一定温度以后,材料将发生不可恢复的变化,超导材料经历一定温升后,其临界电流会下降,温度越高,下降幅值越大,高温的经历对材料的损伤是不可恢复的。     

Analysis of the Self-Protection Characteristics of a 1.5T Bitter-Like HTS Magnet Operated at 65K

We present a conceptual configuration of a high-temperature superconducting(HTS)magnet made from REBCO(Re=Rare Earth,B=Barium,C=Copper,O=Oxide)annular plates,called a Bitter-like HTS magnet,which can operate in persistent current mode without joint resistance and can be excited by a flux pump and without current leads and a persistent power supply.An REBCO annular magnet which can generate 1.5 T corresponding to the operating current density 80%of critical current density of the magnet at an operating temperature of65 K is conceptually designed.Then the thermal stability of the magnet is numerically simulated by Comsol software.Whein a piece of RBCO annular plate quenches,the maximum released energy is its stored energy because each REBCO annular plate in the Bitter-like magnet is in parallel.To calculate the stored energy in the REBCO annular plate,the inductance of every annular plate,including self-inductance and mutual inductance,is calculated.Compared with the minimum quench energy(MQE)and stored energy in one REBCO annular plate,the stored energy in one REBCO annular plate is always smaller than the MQE,and the REBCO annular plate will not be damaged even though the stored energy in the REBCO annular plate is fully released,which indicates that this 1.5 T Bitter-like magnet has the property of self-protection.