兆瓦级单边高温超导变压器设计及电磁特性分析

超导材料载流能力的提升及价格的下降,使得超导变压器在电力方面的应用具有广泛的前景.本文设计了一种三相1MVA级单边高温超导变压器并进行了电磁仿真计算.该变压器的铁芯为三柱式;高压绕组采用常规铜线材进行绕制,采用分段式结构;低压绕组使用铜包覆的第二代高温超导带材,由8饼线圈并联组成,并放置在装有液氮的复合玻璃钢杜瓦内.为了验证设计的合理性,使用有限元方法,对该变压器进行了数值分析,电磁仿真结果与设计值相符,对后续的经济实用型超导变压器制造具有指导意义.     

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。     

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。     

新型磁屏蔽感应型超导故障限流器的研究

在研究磁屏蔽感应型超导故障限流器原理的基础上,提出了一种新型磁屏蔽感应型高温超导故障限流器,它主要由一次超导绕组、二次超导圆柱形屏蔽筒、铁芯和液氮冷冻箱组成,其工作原理是利用超导绕组和超导筒从超导态转变到正常态时其阻抗的快速上升而限流,对应用于三相系统的新型磁屏蔽感应型超导故障限流器进行了仿真研究,它能显著地减少暂态及稳态的故障电流,有效地提高电力系统的稳定性.     

高温超导变压器绕组端部分磁环的优化设计与研究

本文采用有限元方法研究了低损耗分磁环对高温超导变压器绕组端部漏磁场分布、线圈所承受的电磁力以及高温超导线圈交流损耗的影响,并以高温超导线圈交流损耗最小和并联超导绕组间环流最小为目标,对分磁环的结构参数进行优化.结果表明,分磁环对提高高温超导变压器的性能有一定的作用.     

500 kVA/10 kV高温超导变压器设计及稳态特性研究

设计了一台500 kVA/10 kV单相高温超导变压器,对其在工况下的电磁特性与温度特性进行仿真研究。根据工程经验公式给出超导变压器的铁心规格与绕组结构等重要参数,使用有限元软件建立了超导变压器的二维轴对称仿真模型,基于高温超导体的H方程与传热理论,计算超导变压器正常运行时的磁通密度、温度及交流损耗。仿真结果表明,在超导变压器绕组端部存在较大的径向漏磁通,导致端部线圈损耗较大、温度较高,需采用适当方法减小径向漏磁通。     

超导限流变压器稳态磁热特性分析

高温超导限流变压器正常运行时,起到电压变换功能;在短路故障发生时,具有限流功能,在电网中具有潜在的应用前景。依据单相125 kVA(6 kV/400 V)高温超导限流变压器设计方案,采用磁热耦合分析方法与解析法对高温超导变压器额定运行时的磁热稳定性进行数值分析,得到了变压器稳态运行时绕组的电流分布、磁场分布、交流损耗数值、温度分布以及绕组最高温度,证明了超导限流变压器能够平稳运行,对超导限流变压器的实际应用提供重要的参考价值。     

高温超导混合脉冲变压器的研制与放电测试研究

为了利用脉冲变压器模式有效提升输出电流,介绍了一种在常规脉冲变压器基础上引入超导技术混合应用的方法.通过理论分析和参数计算,研制出了由3个超导双饼绕组和2个单饼式铜绕组组成的实验用高温超导混合脉冲变压器.对研制好的混合变压器进行脉冲放电测试,实验结果表明:在初始电容器充电610V的条件下,变压器副边实现2.6kA的大电...     

高温超导空芯脉冲变压器的可行性研究

为了研究高温超导空心脉冲变压器的可行性,文中建立了一个由五个超导双饼组成的空芯脉冲变压器模型.采用有限元方法对变压器模型的电感矩阵进行计算,并在此基础上分析了两种不同的绕组联接方式.我们制作了一个由五个高温超导双饼组成的实验用空心脉冲变压器.由于环流的影响,实验结果部分与期望值相符,对高温超导空心脉冲变压器的设计具有一定参考意义.     

超导变压器绕组环流及漏磁场计算

高温超导变压器的漏磁场降低绕组中的临界电流并增加交流损耗;超导材料的零电阻特性使得绕组限制环流的能力极低.因此,在设计超导变压器时,进行磁场分析和环流计算显得尤其重要.本文采用场-路结合的方法,即在用ANSYS求得反映变压器各支路之间电磁耦合的电感矩阵的基础上列出电路方程,计算了变压器低压绕组5种不同形式的各支路电流分布,并进而分析了磁场.同时提出了减小环流和改善磁场分布的一些措施.     

基于ANSOFT的三相高温超导变压器漏磁场及电磁力分析

高温超导变压器漏磁场的存在会降低超导带材的临界电流值,增加交流损耗,还与不同运行状态下作用在绕组上的电磁力有着密切的关系.由此,以1250kVA高温超导变压器为例,利用ANSOFT MAXWELL有限元软件,对其开路状态和短路状态进行暂态漏磁场分析,在其基础之上,再对短路状态下作用在绕组上的电磁力进行分析,为设计人员提供依据.     

125 kVA高温超导限流变压器暂态特性分析

基于第二代高温超导带材的高温超导限流变压器集电压变换与限流功能于一体,在电网中具有潜在的应用前景。采用第二代高温超导带材YBCO提出一台单相125 kVA(6 kV/400 V)高温超导限流变压器设计方案;基于电-热-力-磁耦合分析方法,对高温超导变压器在短路故障期间的电磁、热力学特性、失超恢复特性进行了数值仿真分析;仿真得到超导变压器故障电流限制率可以达到55.4%,短路全过程绕组受力最大值为95 MPa,温升最高达到130.8 K,可知变压器安全。有力地验证其限流功能,对超导限流变压器的实际应用具有重要参考价值。     

超导电缆用低介损复合绝缘材料性能研究

超导电缆相比于传统电缆具有导体无电阻损耗、传输容量大、可靠性高等优势,但作为其主绝缘的聚丙烯层压纸因具有较高的损耗因数导致超导电缆运行中的介质损耗大,增大冷却系统的负荷。采用具有低损耗因数的聚四氟乙烯滤纸取代聚丙烯层压纸中的牛皮纸层,通过热压法与聚丙烯膜形成具有两侧多孔可浸润液氮的三明治结构复合绝缘,测试结果表明超导电缆中以聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料取代聚丙烯层压纸作为主绝缘,将使介质损耗降低一半以上。同时,由于聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料与高温超导电缆中作为冷却剂的液氮间更小的介电常数差异以及液氮击穿的体积效应,采用具有更小孔径的聚四氟乙烯滤纸制成的低介损复合绝缘具有更强的抗局部放电的能力和更高的交流绝缘击穿强度,可极大提升高温超导电缆的绝缘可靠性。     

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。     

超导导体测试系统中高温超导连接器设计分析

高温超导连接器作为超导导体测试系统的核心部件,装配在超导变压器与测试样品之间,主要包括中心骨架、超导接头、超导叠等组件。本文介绍了高温超导连接器的设计参数,并基于有限元软件对高温超导连接器高场下的电磁、机械以及稳态热进行了详细分析,计算结果表明在正常运行工况下,设计的高温超导连接器机械强度符合要求,且能实现从50 K到4.5 K的温度过渡,满足高温超导导体的测试需求。     

高温超导变压器的特点与发展前景

回顾了高温超导变压器的发展历史和研究现状 ,通过对高温超导变压器与常规变压器和低温超导变压器的对比 ,介绍了在高温超导变压器研究中存在的问题 ,并展望了其发展趋势     

100kA超导变压器的电磁分析

为测试与认证CFETR和未来聚变堆用高性能、大电流的大型超导导体,设计了一套超导导体测试装置所需100k A级超导变压器。变压器的初级绕组采用直径为0.87mm的单根Nb Ti股线绕制,总匝数为4,290匝;而次级绕组采用ITER校正场CICC导体同轴绕制于初级绕组外部,总匝数为4匝。详细介绍了超导变压器的主要设计参数;并通过有限元软件完成了电磁回路耦合、电磁场、电磁应力等相关电磁分析。结果表明:参数设计符合要求、超导变压器能安全稳定地运行。     

超导变电站的研究综述

高温超导电力技术的发展使得建设超导变电站具有了可行性,超导变电站是包含高温超导磁储能系统、高温超导限流器、高温超导电缆和高温超导变压器等超导装置的一种新型变电站。超导变电站的应用将使变电站成为电网中柔性坚强、清洁高效、安全可靠的支撑节点,这将对智能电网的建设有重大的意义。在深入研究高温超导电力技术发展情况的基础上,阐述了超导变电站相比传统变电站的优越性、发展超导变电站的技术基础、超导变电站应用的技术难点,并对超导变电站的发展做出了展望。     

基于解析法的超导发电机磁场分析与结构优化

混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.     

用于脉冲电源的高温超导脉冲变压器模型及其参数影响分析

高温超导脉冲变压器用于能量存储以及电流脉冲放大,是电感储能型脉冲电源的重要设备。为了合理地设计高温超导脉冲变压器线圈的几何参数,满足脉冲功率系统体积小型化和储能密集化的发展趋势,本文选择了同轴饼式线圈叠加结构的脉冲变压器模型,利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell进行建模仿真,分析了几何参数对高温超导脉冲变压器原边超导线圈的临界电流密度、储能容量、线圈中超导带材的受力以及变压器耦合系数的影响。通过对仿真结果的综合分析,得出原边超导线圈的高厚比小于0.3时,小型高温超导脉冲变压器可以获得较高的性能,为脉冲功率技术的基础性实验验证研究提供了一定的理论基础。