ITER HTS电流引线批量件验收性测试系统

ITER(International Thermonuclear experimental Reactor)高温超导电流引线(HTSCL)是ITER Feeder PA(Procurement Agreement)中非常关键且具有挑战性的项目,严峻的工作条件以及严格的质量等级要求使得低温测试不可或缺,其出厂前的低温测试也为其验收交付提供强有力的数据保障.本文介绍了高温超导电流引线系列件低温性能测试控制系统的构成及实现,该系统基于CODAC(Control, Data Access and Communication)分布式系统搭建而成,整合了PLC子系统,QDS子系统,interlock互锁子系统,包含数据存贮(Archiving),报警Alarm,用户操作接口(OPI),应用开发SDD,及历史数据浏览(Data browsing)等子功能.实验结果表明,该系统具有控制和测量精度高、使用方便、运行稳定可靠、用户界面友好等优点.     

800A高温超导电流引线的研制

介绍了800A双磁体高温超导(HTS)电流引线的结构、设计参数及制做过程,论述了其加工、组装、实验及调试结果,进而验证该设计方案较为合理地满足双磁体运行要求。     

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介绍了高温超导(HTS)大电流引线设计的安全性与效率的相关理论以及实验研究。实验结果表明：安全性与阻性换热器(HEX)的电流密度和HTS组件的温度裕度相关,换热器的效率涉及冷却气流的流量、它与换热面积、传热系数、铜材RRR值和换热器的优化长度等相关。     

ITER高温超导电流引线的高安全分流器研究

电流引线是室温电源电缆与低温磁体之间的电连接部件.高温超导材料在液氮温度下具有零电阻率和低热导率的特性,用它做成的电流引线可以大大减小低温系统的热负荷,从而减少制冷设备投资及系统运行费.高温超导电流引线可以分为阻性换热器段和高温超导段两部分(其中还包括各部件间的连接部分).高温超导段的分流器设计关系到冷端热负荷大小以及超导段失超后的安全问题.为了研究国际热核聚变试验堆(ITER)电流引线高安全性能,专门设计、试验了68kA引线的1/90实验样品.本文通过对比全CuBe(cu-2%Be)分流器、全不锈钢分流器和二元分流器的失冷故障(LOFA)实验结果,证明二元分流器能够克服安全性和冷端漏热矛盾,可以满足ITER高安全性的要求.     

高安全ITER高温超导电流引线的分流器材料选择

当高温超导失超后其电流由分流器承载,分流器材料的选择将影响电流引线冷端热负荷和运行费用.本文通过不同金属材料物性的对比计算,寻找最佳的分流器材料,使得ITER巨型超导磁体的高温超导电流引线运行可靠和费用最低.分流器横截面积确定基于分流器与Bi-2223基体AgAu的电阻率对失超后电流分配比,这样保证超导体转入电阻态后分流器分流大部分电流,同时由于分流器具有很好热沉作用,抑制超导体温度迅速上升,从而避免超导材料烧毁或过热.     

ITER电流引线高温超导叠制作工艺及性能测试

ITER高温超导电流引线载流能力最大要达到68 kA,一根电流引线共需要1000多根银金基Bi-2223高温超导带并联.这些高温超导带分成90叠,每叠由12层带组成.银金基Bi-2223带价格是普通银基Bi系带的4～5倍,而目前欧洲超导公司提供的超导叠的报价几乎是其带价格加倍,所以开发超导叠的制作工艺是非常有价值的.本文详细的介绍了超导叠的真空钎焊制作工艺,并进行了77 K下超导带的接头电阻测试和77 K自场下的临界电流测试,以及模拟在实际运行温度65～5 K条件下高温超导叠的载流能力测试和接头电阻的测试.测试结果证明了此工艺的可行性.     

ITER 68 kA高温超导特大电流引线研发

国际受控热核聚变试验堆由18个D形环向场线圈、6个中心螺管线圈、6个圆形极向场线圈和18个校正场线圈组成巨大的超导磁体系统.为大幅度减小磁体系统的低温制冷设备投资和日后的运行费,采用容量分别为68、52、45和10 kA总共30对高温超导电流引线馈电.不仅电流容量特大、安全性要求特高,而且还需承受低真空下巴申放电条件的30 kV直流高电压.本文介绍68 kA电流引线的相关设计和研发.     

ITER PF高温超导电流引线原型件分流器漏热分析

为了满足ITER(国际热核聚变反应堆计划) PF(极向场)高温超导电流引线运行所需要的5K端能量损耗,根据IO(ITER国际组织)的设计要求,对分流器进行了优化设计。为检验分流器漏热性能,对分流器的材料参数进行了研究,建立了分流器物理模型,并进行了理论漏热值计算,同时运用焓差法对漏热值进行了测试,结果表明理论值与试验值基本吻合,均满足IO的设计要求。该型高温超导电流引线分流器的成功应用将会为未来CFETR高温超导电流引线分流器的设计、制造及测试提供技术指导。     

基于YBCO的3MJ超导储能线圈模型样件的测试

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是超导在电力系统中的重要应用之一。项目设计的3MJ级SMES装置采用YBCO高温超导带材绕制为16组线圈饼,每组线圈饼由8个双饼线圈组成,工作电流超过500A。文中选取3MJ储能线圈中的1个双饼作为模型样件,在完成该模型样件制造及装配后,对其进行了77K液氮环境下的临界电流、磁场分布、应力应变等项目的测试,测试结果满足测试样件的设计条件,可以为工程化SMES装置的设计和运行提供参考。     

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