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.     

冷绝缘高温超导电缆临界和稳态载流特性分析

超导电缆出现失超故障时,不仅会损坏其本体,还会严重影响其供电可靠性乃至整个电力系统的稳定性,因此研究高温超导电缆的稳定性问题,已成为目前高温超导电缆实用化过程中需要重点解决的关键性技术问题之一。对两种不同的YBCO超导带材的临界电流特性进行了测试,分析了背景磁场强度、方向和交直流背景磁场对临界电流的影响,并对超导电缆的稳态性能进行了实验系统的设计和数据釆集。对超导电缆通以不同幅值和频率的电流,对超导电缆稳态时的各层电流进行了实验测量和结果分析,结果表明超导电缆在不同电流等级下具有良好的均流效果。这种良好的均流效果证明超导电缆在稳态时具有相对较好的稳定性。     

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。     

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。     

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。     

不同故障下高温超导电缆的失超分析

分析了高温超导电缆的结构,建立了高温超导电缆的数学模型,利用PSCAD/EMTDC平台搭建了超导电缆的仿真模型,借助MATLAB软件计算了超导电缆在不同故障下的电流、阻值和温度的瞬时变化情况。分析了超导电缆在发生单相接地、两相短路及三相短路故障情况下导体层的电流、阻值和温度的变化过程。     

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。     

焊接高温超导叠型电缆电流分布的研究

第二代高温超导带材具有较好的电磁特性和机械性能,在未来高场螺线管磁体和高场加速器磁体等领域具有极大的发展潜力。通过测量焊接高温超导叠型电缆在液氮温度自场下,临界电流测量值与电压抽头位置的关系,以研究电缆内部电流分布。实验结果表明,当电流逐渐增大时,电缆内部沿堆叠方向不同位置,电压数值不同,说明电缆内部电流非均匀分布,靠近电流引线侧的超导带材输送的电流较多,焊接高温超导叠型电缆的失超判断与电压抽头的位置有着紧密关系。     

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