利用高压热处理技术提高Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流

提高临界电流密度(Jc)对促进Bi-2223/Ag高温超导带材的应用有着重要意义.在常压热处理条件下所制备的带材中存在大量的裂纹、孔洞和第二相颗粒等,这些因素都会对带材的超导连接性能产生破坏作用.我们成功建立了一套可用氧气氛的热等静压设备,工作气压和温度可同时达到15MPa和850°C.通过引入裂纹愈合热处理过程,我们成功对带材进行了高压热处理,所得样品中第二相颗粒和裂纹数量大幅度降低,77K、自场下的临界电流相比常压热处理样品提高了20%左右.     

电枢超导型高温超导电机原理样机的温度场数值模拟研究

本文对一种电枢绕组部分采用高温超导线圈,转子励磁部分采用永磁体的新型高温超导原理样机进行了整体温度场的数值模拟计算,主要包括稳态冷却过程、瞬态冷却过程及零件配合面径向变形量计算三个方面的内容.通过对边界条件及传热条件的简化,建立了电机的近似平面轴对称传热模型,得出了高温超导线圈处冷却至工作温度(77K左右)所需的时间.另外还计算出零件配合面上的径向变形量,可据此制订低温尺寸公差,为零件的机械加工提供了指导.     

高温超导导线在低平行磁场下传输性能的研究及其在电缆应用中的影响

在迄今流行的认知当中,第二代高温超导导线相对于一代导线具有更优良的磁场性能,然而本研究发现在液氮温度和低平行场(平行于导线宽面)的条件下实际情况恰好相反。文中通过测量研究和文献调研相结合,确认了这一现象的可靠性。高温超导电缆在远距离输电和大型城市输电方面都具有显著的性能优势,必将为我国电力能源领域带来重大的技术变革。而在高温超导电缆等应用技术中,低平行场是典型的使用条件,根据本研究得到的数据并考虑到价格因素,目前一代导线在这些应用领域中具有明显的相对优势。     

Bi系超导粉末在热处理过程中放氧和吸氧过程的研究

本文采用氧分析仪系统地研究了Bi系超导粉末在热处理过程中出现的放氧现象和吸氧现象.研究了工艺参数如样品的质量、氧分压、混合气体流量以及升温速率对放氧过程的影响.当Bi系超导粉末在氧分压为8.5%的气氛中在830℃保温3小时的时候,放氧量相当于超导粉末中含氧量的3.6%.实验结果表明在升温过程中出现吸氧现象是由于Pb从(Bi,Pb)-2212相中析出,与其他第二相反应生成了Pb3(Sr,Bi)3Ca2CuOy(3321相),在较高温度下发生的放氧现象与3321相和Ca2PbO4相的分解有关.     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

高温超导斜螺线管缆线磁体样机设计与开发

为研究Gantry磁体的关键技术,设计了一台由螺旋型超导集束缆线绕制的小型斜螺线管二极磁体样机。根据电磁设计,该样机的孔径82 mm,额定工作电流为3.25 kA,预计在4.2 K下达到0.50 T的中心二极场。在均匀电流假设下,Φ54 mm孔径内的磁场均匀度可达到1.47×10^-3。未来将完成超导缆线绕制,在77 K和4.2 K下进行电流和场均匀性测试。     

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。     

Mechanical Properties of （Bi,Pb）-2223 Multifilament Tapes with Ag-Alloy Sheath

Ag-Mg-V alloy is prepared and investigated to develop a new sheath alloy used for BSCCO tapes. Bi-2223 Ag/AgMgV and Bi-2223 AgMgV/AgMgV tapes are studied with the help of stress-strain measurement, optical microstructure and critical current Ic. The value of Ic at 77K and at magnetic field B = 0 is obtained to be 90A/cm^2 for the samples of Bi-2223 Ag/AgMgV tapes, which is higher than that of Bi-2223 AgMgV/AgMgV tapes （72A/cm^2）. The resistance of AgMgV alloy, up to 0.37μΩ·cm at 77K, is higher than that of pure Ag （0.28μΩ·cm） after annealed at 840℃ for 4012, which is studied for reducing the ac loss. The values of the fracture strength and the maximum strain are 86 MPa and 0.50% for Bi-2223 Ag/AgMgV tapes and 108 MPa and 0.33% for Bi-2223 AgMgV/AgMgV tapes, respectively.     

超导磁体测试用固氮低温系统开发

为简便地实现超导磁体在15～20 K温度区间下的性能测试,项目组成功设计、装配了一套利用固氮作为辅助制冷剂的低温测试系统,并使用二硼化镁材料绕制的小型线圈进行了磁体测试实验。测试表明,该低温测试系统能在约48 h内达到目标温度,且在磁体通流测试过程中保持系统的温度稳定,足以满足超导磁体测试的需求。     

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