多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中,我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究,内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等.结果表明,对多层螺旋导体结构的超导电缆,影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应.由于其零电阻特性,在相同的结构中,超导体表现出比常规导体大得多的临近效应.显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂.此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力,能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流,并且有很好的超导性能恢复能力.由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感,所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生.     

超导直流电缆的短路冲击特性分析

柔性直流输电应用场景逐渐丰富,超导直流输电作为一种新型输电技术,具有零电阻的优势,但直流网侧短路故障对超导电缆的冲击效应有待进一步研究。研究了Bi2223超导带材及其绕制的电缆短样在直流冲击作用下电阻、电压随电流的变化规律,总结出试样的短路冲击特性,并针对Bi2223带材与电缆的特性差异进行理论分析,得出电缆铜骨架结构能有效抑制直流冲击下的焦耳热生成,为超导直流电缆的优化设计和故障分析提供了理论依据。     

适用于电阻型超导限流器的超导带材选取与实验研究

电阻型超导限流器主要利用超导带材在失超后的电阻抑制故障电流值,目前一般采用不锈钢加强的ReBCO超导材料。由于涂层导体的银、铜稳定层对其电阻率的影响较大,尤其在低温段的影响尤为显著,成为影响超导带材在电流冲击后响应过程的主要因素。实验表明,超导带材可承载的冲击电流幅值随持续时间延长而迅速降低,不锈钢加强层厚度的增大有利于超导带材耐冲击电流水平的增加。因此,交流超导限流器应适当选用加强层较厚的超导带材,而直流超导限流器应选择具有铜稳定层及适当减小不锈钢加强层厚度的超导带材。     

二代高温超导带材失超电阻的交-直流等效计算方法

超导故障限流器具有通态损耗低、响应速度快等优点,是一种应用场景广阔的超导电力设备,但二代高温超导带材失超电阻的有效计算较困难,难以同时满足计算精度和速度的要求。本文对YBCO高温超导带材进行交流和直流过电流冲击实验,测量了短路故障电流作用下带材的失超电阻特性。结果表明,带材失超电阻与积累能量具有一一对应关系,且该对应关系在交流和直流工况下一致。以此为理论基础,搭建了基于电阻-能量关系的电阻型超导限流器失超电阻计算模型,提出了交直流等效失超电阻分析方法,可用交流冲击实验等效替代直流实验,降低实验与仿真建模的难度。     

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。     

BESⅢ超导电缆极端弯曲下载流能力试验及氦弧焊焊接接头低温电阻测量

北京谱仪（BESⅢ）超导磁体是为北京正负电子对撞机二期改造工程（BEPCⅡ）制造的超导探测器磁体．它采用了国际上先进的两相氮问接冷却方式及线圈内绕技术．其超导线为铝稳定体NbTi／Cu超导电缆．由于生产工艺上长度的限制，BESⅢ超导电缆由三段电缆焊接而成．焊接匝电阻必须限制在一定范围内，以免产生过大的焦耳热，影响磁体的正常运行．超导电缆由支撑筒内部引出到颈管及阀箱部分时，有一定角度的平弯及侧弯，这部分弯曲电缆的载流能力也是必须要考虑的问题．为此，我们进行了两次超导电缆性能测试实验，对超导电缆弯曲前后的载流能力进行了测试，并且测量了超导电缆低温下的焊接电阻．本文提供了这两次实验的实验结果及分析．     

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.     

三相同轴超导电缆通流不平衡度优化研究

三相同轴超导电缆各相半径不同,影响电磁参数对称性,造成三相电流的不平衡,增加了交流损耗。为此,提出一种二分型粒子群优化算法,实现对三相均流的优化。该方法将电缆C相超导层和屏蔽层分为半径相同、节距和绕制方向不同的两段,通过调整节距和绕制方向,三相电流矢量不平衡度可降到5%以内,且屏蔽层电流几乎为0。为了防止电缆因短路等故障电流冲击而损坏,电缆结构中加入与三相超导层并联的铜保护层,在故障发生时大多数短路电流从铜保护层流过,从而起到保护超导电缆的作用。设计了一根10 kV/1 kA的二分型三相同轴超导电缆,研究了铜保护层的分流特性,最后制作了5 m长的电缆样缆,并对样缆在77 K运行温区下进行了三相通流试验,试验结果验证了算法的有效性。     

限流器用YBCO带材过电流冲击特性影响因素探究

为了评估用于电阻型超导限流器的YBCO超导带材的过电流冲击特性,实验研究了YBCO带材中各结构参数对带材单位长度的失超电阻值和过电流幅值的影响。实验结果表明,不锈钢层较厚的带材,其耐受过电流幅值更大,但单位长度的失超电阻值较小;铜层较厚的带材,其耐受过电流幅值和单位长度的失超电阻均较大,能有效改善带材的过电流冲击特性;而且,带材的临界电流大小与过电流幅值没有明确的对应关系。限流器的实际设计过程中,需要根据过电流冲击特性优化配置超导带材的各结构参数。     

Nb_3Sn CICC导体接头电阻测试

介绍了用于测试大电流Nb3Sn管内电缆导体接头电阻的超导变压器系统。该超导变压器包括初级线圈和次级线圈,其中初级线圈采用Nb Ti超导股线绕制;次级线圈采用Nb3Sn CICC导体绕制。初级线圈和次级线圈均浸泡在液氦中冷却。利用超导变压器对Nb3Sn CICC导体超导接头的测试结果表明,所设计的超导接头电阻满足设计要求。     

Superconductivity at 36 K in gadolinium-arsenide oxides GdO<Subscript>1−<Emphasis Type="Italic">x</Emphasis></Subscript>F<Subscript><Emphasis Type="Italic">x</Emphasis></Subscript>FeAs

In this paper we report the fabrication and superconducting properties of GdO_1−x F _x FeAs. It was found that when x is equal to 0.17, GdO_0.83F_0.17FeAs is a superconductor with the onset transition temperature T _c^on ≈ 36.6 K. Resistivity anomaly near 130 K was observed for all samples up to x = 0.17, and such a phenomenon is similar to that of LaO_1−x F _x FeAs. Hall coefficient indicates that GdO_1−x F _x FeAs is conducted by electron-like charge carriers. Recommended by Prof. Nie Yuxin, Executive Editor of Science in China Series G-Physics, Mechanics & Astronomy Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10221002/A0402 and 10774170/A0402), the National Basic Research Program of China (973 Program) (Grant Nos. 2006CB601000, 2006CB921107 and 2006CB921802), and the Chinese Academy of Sciences (ITSNEM)     

铁磁超导态/绝缘层/自旋三重态p波超导体结的直流Josephson电流

由Bogoliubov-de Gennes方程得到铁磁超导共存态(FS)的自洽方程，利用推广的Furusaki-Tsukada的电流公式计算了铁磁超导态/绝缘层/自旋三重态p波超导体(FS/I/p)结的直流Josephson电流随结的温度、相位差以及FS中磁交换能、结界面的势垒散射强度的变化关系.研究表明：FS中磁交换能、结界面的势垒散射均抑制FS/I/p结的直流Josephson电流.当自旋三重态超导体具有p_x波配对势时，自旋三重态超导体结的直流Josephson电流随结两侧相位差的振荡周期是π. 关键词： 铁磁超导态 自旋三重态超导体 p波超导体 直流Josephson电流     

Analytical Result on the Supercurrent Through a Superconductor/Quantum-Dot/Superconductor Junction

We present an analytical result for the supercurrent across a superconductor/quantum-dot/superconductor junction. By converting the current integration into a special contour integral, we can express the current as a sum of the residues of poles. These poles are real and give a natural definition of the Andreev bound states. We also use the exact result to explain some features of the supercurrent transport behavior.     

正常金属/自旋三重态p波超导体结隧道谱的奇异性

利用Blonder，Tinkham和Klapwijk理论计算了正常金属/绝缘层/正常金属/自旋三重态的p波超导体结的隧道谱和平均电流.计算结果表明：在自旋三重态p波超导结的隧道谱中存在零偏压电导峰、零偏压电导凹陷和双凹陷结构，并有微分电导随偏压震荡的现象出现，在I-V曲线上出现电流台阶.这些结果在理论上支持Sr₂RuO₄的超导态是自旋三重态p波超导态. 关键词： 自旋三重态超导体 p波超导体 隧道谱     

液氮温区超导体YBa_2Cu_3O_(7-δ)的获得

本文以实验为基础，简要而系统地介绍了氧化物高温超导ＹＢＣＯ体系中超导体ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ材料的实验室生产过程     

自旋三重态超导体结的直流Josephson电流

在s波超导体/绝缘层/自旋三重态超导体结中,计算了直流Josephson电流随结的温度、相位差以及绝缘层势垒强度的变化关系.当自旋三重态超导体具有px波配对势时,自旋三重态超导体结的直流Josephson电流随结两侧相位差的振荡周期是π,与结的相位差的关系为sin(2).结界面的绝缘层势垒散射均抑制结的直流Josephson电流.     

Transition between layered and filamentary types of anisotropy in layered superconducting structures

A model of layered superconducting structure consisting of alternating anisotropic superconducting layers S₁ and S₂ with different transition temperatures is considered. It is shown that due to competition between two origins of anisotropy - effective-mass anisotropy of individual layers and proximity-induced anisotropy the effective anisotropy of the whole system signficiantly varies temperature. The components of the effective-mass tensor m_c (along the anisotropy axis) and m_a (perpendicular to the anisotropy axis) strongly depend upon temperature. This may lead to transition between layered (m_c > m_a) and quasi one-dimensional (m_c < m_a) types of anisotropy as well as to biaxial-type anisotropy which is also temperature dependent. The field distribution in a tilted vortex in a biaxial superconductor is calculated. The change in the properties of the vortex lattice with temperature in such systems is also investigated. The properties of YBa₂Cu₃O_x/PrBa₂Cu₃O_y multilayers are discussed in this connection.     

Holographic multi-band superconductor

We propose a gravity dual for the holographic superconductor with multi-band carriers. Moreover, the currents of these carriers are unified under a global flavored SO(3) symmetry, which is dual to the bulk SO(3) gauge symmetry. We study the phase diagram of our model, and find it qualitatively agrees with the one for the realistic 2-band superconductor, such as MgB₂. We also identify the bulk field dual to the electromagnetic UEM(1) current, which should be invariant under the global flavored SO(3) rotation. We then evaluate the corresponding holographic conductivity and find the expected mean field like behaviors.     

Analytical Result on the Supercurrent Through a Superconductor/Quantum-Dot/Superconductor Junction

We present an analytical result for the supercurrent across a superconductor/quantum-dot/superconductor junction. By converting the current integration into a special contour integral, we can express the current as a sum of the residues of poles. These poles are real and give a natural definition of the Andreev bound states. We also use the exact result to explain some features of the supercurrent transport behavior.     

A 345GHz SIS receiver for radio astronomy

A 345GHz superconductor insulator superconductor (SIS) tunnel junction receiver utilizing a full height rectangular waveguide mixer with two tuning elements, i.e. an E-plane and backshort tuner, has been constructed and installed on the Caltech Submillimeter Observatory 10m antenna on Mauna Kea, Hawaii. The receiver exhibits a best double side-band noise temperature response of 150K±20K (averaged over a 500 MHz IF bandwidth centered at 1.5GHz) at a design center frequency of 345GHz and at an ambient temperature of approximately 3.8K. Additional measurements show that the receiver has an excellent response at selected points within an RF input range of 280 to 363GHz.