±100 kV/1 kA能源管道双极直流高温超导电缆导体设计

本文提出了一种新的超导电缆导体设计方法,利用Bi系超导带材的机械及电磁特性,结合超导电缆的短路特点、磁场分布和电压,给出了骨架、导体层和主绝缘部分的设计数据,并使用液化天然气作为超导电缆的冷却介质,完成了能源管道±100 kV/1 kA双极直流高温超导电缆导体设计,结果满足要求。     

高温超导电缆导体层电流分布研究

通过建立高温超导电缆等效电路模型,并提出电流分布等效数学方程,求得高温超导电缆导体层电流分布。绕制一根0.2m长110kV/2kA高温超导电缆样缆,并进行载流能力实验,得到各层电流分布结果。分析发现,各层电流分布的实验结果与理论计算结果吻合,从而验证电流分布计算模型的正确性,以及调整绕制角度对均匀层间分流的有效性。研究结论对以后更长高温超导电缆的载流能力分析具有一定的指导意义。     

铋系高温超导直流电缆的研制

6m长,2000A的铋系高温超导直流电缆在中国科学院电工研究所研制并试验成功,电缆的导体由8层共238根Bi-2223/Ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成,导体的内径为41．5mm,导体层间绝缘,导体层外侧有低温电绝缘,电缆芯的外径为48mm,它安装在低温容器内,并与两个终端相连,电缆的直流耐压大于2．5kV,在液氮下的实验表明,电缆的临界电流为2480A（1uV/cm判据）,n值为7．7,接头总电阻为0．1mΩ,均超过设计指标,在1h传输2kA电流的运行中,电缆的传输特性稳定,经4次热循环,电缆的临界电流没有降低。     

高温超导直流电缆现状

文中对高温超导直流电缆现状进行了介绍。高温超导直流电缆是用于直流输电的高温超导电缆。高温超导直流电缆发展相对落后于高温超导交流电缆,国际上示范项目也较少。但随着轻型直流输电应用的逐渐发展,高温超导直流电缆越来越引起人们的重视。高温超导直流电缆的本体结构和高温超导交流电缆本体结构类似。高温超导直流电缆具有输电损耗小、适合长距离输电、增加电网稳定等功能。比较适用于背靠背直流输电,工业直流输电,互联网数据中心直流供电,远距离、大容量直流输电等场合。此外,还介绍了目前国际上主要的超导直流电缆项目及研究机构情况。     

长距离室温绝缘超导直流电缆的热损耗分析

以中国科学院电工研究所研制的360m/10kA高温超导直流电缆为原型,分析了长距离应用场景下的室温绝缘高温超导直流电缆的杜瓦管道、电缆终端、通电导体和制冷工质等部位的热损耗特性并计算了其数值,讨论了长距离应用下对热损耗的特别考虑,给出所拟模型电缆的单位长度热损耗为1.3W/m,提出了将电缆本体和终端进行分别制冷的策略。分析计算结果是长距离应用室温绝缘高温超导直流电缆的热力学-流体力学特性分析、热负荷管理和低温制冷站配置工作的重要参考。     

直流高温超导电缆用于数据中心配电的可行性

高温超导直流电缆是一种无传输损耗、高载流密度的特殊电缆,有潜力解决数据中心耗电功率密集、物理空间受限等问题。为了探究高温超导电缆在数据中心直流母线中应用的可行性,以某可再生能源供电、交直流混合配电的数据中心为原型,设计了高温超导电缆为数据中心配电的直流母线结构及其与支路的连接方式,通过有限元仿真的方法,设计了母线的基本结构,并对配电的效率、优势进行了初步分析。结果表明,在分布式新能源供电的数据中心中,应用高温超导直流电缆具有减少变电环节、减少空间占用、改善通风散热的作用,从而可以降低数据中心中的能量损失。     

双极同轴高温超导直流电缆通电导体设计

双极同轴结构高温超导直流电缆应用在双极直流输电系统中,其结构紧凑、工程电流密度高,可减小对外部空间的磁场影响,但对绝缘要求较高。本文依照额定电压、额定电流水平对±10 kV/6 kA双极同轴高温超导直流电缆通电导体中的绝缘层、超导导电层等主要结构进行设计,制作实物。经测试电缆满足工程要求,证明了设计的合理性。     

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。     

高温超导电缆在城市地下输电系统应用的可行性研究

本文通过对交流高温超导电缆系列设计计算对额定电压35kV、110kV、220kV的高温超导电缆,按不同传输电流(或传输容量),以高温超导电缆的传输效率(损耗与传输容量比)、高温超导电缆外径限值和超导导体绕制结构限制条件,确定高温超导电缆适用性界定条件,提出城市地下输电、配电系统用高温超导电缆可行方案.     

螺旋形超导带材的直流冲击实验研究

基于超导直流电缆应用,针对第二代高温超导带材Re BCO开展了直流冲击实验。首先,通过改变冲击条件(冲击电流大小和持续时间)得到带材的耐直流冲击特性,确定可保证带材性能完好的最大冲击电流幅值(安全电流)及其相应冲击时间。随后,针对实际电缆中超导带材是以螺旋形态缠绕于支撑管上,设计实验研究超导带材螺旋角和螺旋直径对其临界电流和耐冲击特性的影响规律,发现带材所能承受的最大冲击电流幅值随冲击作用时长的增加而逐渐下降、过大的螺旋角和过小的螺旋直径均会对带材造成损伤,影响其通流能力。上述研究结果为电缆的后续设计和制造提供了必要的参考依据。