冷绝缘超导电缆绝缘材料测试综述

绝缘材料在液氮中的各种性能将直接影响到冷绝缘高温超导(HTS)超导电缆的质量。对四种绝缘材料:电缆纸、聚丙烯层压纸、聚酰亚胺薄膜和低密度聚乙烯薄膜在常温和低温下的电阻率、介电常数、介质损耗角正切、低温介电强度和局部放电进行实验研究和对比,得到了有价值的数据。     

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。     

35kV低温绝缘超导电缆绝缘设计研究

主要研究了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘特性。首先对低温绝缘材料聚丙烯层压纸PPLP(Polypropylene laminated paper)的绝缘性能进行了绝缘击穿试验研究,得到PPLP工频耐压及雷电冲击耐压的绝缘强度。在此基础上,设计了35k V低温绝缘超导电缆的绝缘,并且制作了模型样品,并对样品绝缘性能进行了局部放电试验及工频耐压试验,验证了设计的绝缘满足国家规定的电缆要求。对超导电缆的实际应用有着重要意义。     

液氮下绕包绝缘的电性能研究

高温超导电缆具有载流能力大、损耗低和体积小的优点,传输容量将比常规电缆高3~5倍,而电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。因而,高温超导电缆相对于常规电缆具有极大的优势,其研制水平也在迅速提高。超导电缆中,其绕包绝缘的性能对于超导电缆稳定运行起着十分重要的作用。随着超导电缆的电压等级的提高,对绝缘的性能要求也随之提升。用PPLP,100HN,100CR,150FCR019绕制绕包绝缘并测试了它们的击穿性场强,并对它们的击穿性能进行对比分析,为超导电缆绝缘的选材和设计提供参考。     

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。     

110kV冷绝缘高温超导电缆本体绝缘设计

对国内第一根基于YBCO涂层导体的110kV冷绝缘高温超导(CD HTS)电缆本体绝缘进行了设计。根据冷绝缘HTS电缆的结构特点,通过分析不同绝缘材料的介电特性,应用电场有限元数值分析模型和理论模型,计算了超导电缆本体电场分布,研究了超导电缆主绝缘厚度与局部放电起始场强的定量化关系,最后给出了110kV冷绝缘HTS电缆主绝缘材料与厚度的设计方案。     

高温超导变压器绕组的研究现状与设计技术展望

高温超导变压器是通过用高温超导带材取代铜导线绕制超导绕组,液氮取代变压器油作为冷却介质,超导绕组在液氮环境中运行,以达到提高能效并减少电力传输损失的变压器。针对高温超导变压器的绕组设计,从超导变压器的绕组材料、绕组结构、绕组布局三方面比较了近年内美、日、韩、中国等具有代表性的高温超导变压器绕组的研究现状,通过综合比较和分析国际上各种主流复合超导体的结构特征,设计方法等关键技术,提出了未来高温超导变压器的绕组设计需要以提高临界电流,减少绕组漏磁场尤其是其径向分量,以及降低交流损耗为目标。     

液氢温区YBCO超导带材的交流损耗研究

超导电缆具有载流能力强、损耗低等优势,是电力输送的良好选择。但是,超导电缆需工作于低温环境。液氢温度为20K,可为超导电缆提供低温条件,将超导电缆输电与液氢燃料输送相结合,可解决超导电缆在输电中的瓶颈问题。开展了液氢替代液氮后高温超导带材的传输交流损耗研究。针对美国超导公司提供的黄铜加强YBCO带材,采用H法有限元模型,仿真分析了液氢、液氮冷却时超导带材的传输交流损耗。结果表明采用液氢作为超导带材的冷却介质时,带材正常金属产生的涡流损耗和磁性基底产生的铁磁损耗对总损耗的影响程度较小。所得结果可为液氢温区超导电缆的设计和运行提供参考。     

HTS电力技术应用中的氮气绝缘特性研究

近年来,随着高温超导电力技术的快速发展,超导电力装置的电压等级也不断提高,目前已由配电级发展到110k V以上输电级。液氮作为超导绕组等超导电力装置核心部件的制冷剂,同时起到超导装置的高电压绝缘介质的作用。文中针对短路故障、短时脉冲过电流、瞬时过电压等极端情况下,由于液氮瞬间汽化,引发的超导电力装置绝缘水平退化问题,通过实验系统研究了氮气的绝缘与击穿特性,并重点研究了电极形状、电极间距和气体压力等因素对气体的击穿特性的影响规律,为高温超导电力装置,特别是电阻型超导限流器的设计与运行,提供理论与实验依据。     

3kA冷绝缘高温超导电缆的设计和短路冲击试验

为验证接入系统的高温超导电缆的暂态特性,研制了220kV/3kA 1.5米冷绝缘高温超导模型电缆,并成功进行了短路电流为40.4kArms、持续时间为2s的短路冲击试验。文中详细阐述了起到支撑、液氮流通通道和保护作用的铜骨架的设计,超导电缆本体均流设计,并对该模型电缆进行了接入系统的短路冲击试验,试验表明,该超导电缆可满足220kV电网暂态冲击要求,验证了超导电缆本体和铜骨架设计的正确和合理性。     

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.     

±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。     

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。     

冷绝缘超导电缆的结构及技术简介

超导电缆具有传输容量大、传输损耗低、占用通道小和环境友好等特性,备受电力行业的关注.随着超导电缆技术的不断进步,它将很有可能在未来电网的主干线路、城市电力负荷集中区、大型工矿厂区等电能传输密集的线路中得到广泛应用.冷绝缘是超导电缆的一种结构形式,在交流电传输上具有一定的优势.目前,冷绝缘超导电缆在国际上有多个已完成和进行中的示范性项目,是超导电缆技术发展的一个重要方向.本文介绍了冷绝缘超导电缆的基本结构,与热绝缘超导电缆的区别,并根据10kV/1500A单相冷绝缘超导电缆的研发实践,对其制作技术进行简要介绍.     

冷绝缘高温超导电缆绝缘设计的研究

目前随着国内外高压输电系统的不断发展,许多研究机构一直试图开发高电压等级的高温超导电缆系统,这就要求设计的HTS电缆要有可靠的绝缘性能和优化的绝缘设计技术.根据超导电缆的结构特点和高温超导电缆系统的运行特点,对Nomex和PPLP进行了交流耐压、雷电冲击、局部放电(PD)起始电压和热循环等高压绝缘特性试验.根据不同厚度...     

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。     

冷绝缘高温超导电缆电磁特性计算与分析

为了获得超导电缆电磁特性变化规律,针对冷绝缘高温超导电缆本体的基本结构,采用安培定律推导了超导电缆导体层和屏蔽层自感、互感的计算公式.通过110kV冷绝缘超导电缆的实例计算,研究了超导电缆导体层、屏蔽层的内径、绕向角、绕制方向三个结构参数对电磁特性的影响,总结了电感参数变化规律.     

基于FBG的直流高温超导电缆失超检测

高温超导电缆输电具有损耗小、传输密度高、无电磁污染等特点,越来越受到各国的重视。但是当超导电缆发生失超故障时,产生的焦耳热会影响电缆的绝缘,使电缆无法正常运行。快速准确的失超检测就显得尤为重要。设计制作了一条高温超导电缆的模型,并搭建了高温超导电缆的测温与保护平台,采用光纤光栅测温对其失超之后铜骨架的温度变化进行测量,结合理论分析与仿真计算,论证了光纤光栅能满足对于高温超导电缆失超检测的要求。该方法具有反应速度快、结构简单的特点,可用于检测采用Triaxial结构和实心骨架的高压交直流超导电缆失超故障,为高温超导电缆的失超检测技术的实际应用提供了参考依据。     

一种用于CD高温超导电缆的过冷液氮低温系统

介绍了安徽万瑞冷电科技有限公司研制的首条冷绝缘(CD)型10m/35kV/2kA高温超导电缆过冷液氮低温系统。系统主要由泵箱、冷箱、输液管道、液氮储槽及监控系统组成。该系统由G-M制冷机提供冷量,低温液氮泵提供循环动力,过冷液氮为闭循环介质。给出了过冷液氮低温系统调试运行结果。     

结构参数对波纹管内液氮流动与能量损失的影响

高温超导电缆通常浸泡在采用真空多层绝热保护的双层波纹管内程管的液氮中。液氮在超导电缆内流动的压力损失和冷却效果是其运行系统设计的重要参数。对不同直径的波纹管进行了不同流量下的CFD仿真计算,结果表明流量越大、直径越小,压降越大;波高直径比与波高波距比不变时,波纹管的达西流动阻力系数与波纹管的直径基本无关;波纹管直径对超导电缆的沿程温升几乎没有影响;增大波纹管的直径能够大幅降低超导电缆的沿程能量损耗。该文结果为超导电缆设计过程中波纹管的选取提供了理论依据。