高温超导直流电缆系统设计及漏热分析

近年来,高温超导技术研究在输配电领域取得了显著的进展,超导电缆应用技术成为其重点发展方向。其中,冷却系统的设计是保证超导电缆输配电系统稳定运行的关键技术。针对一套高温超导直流电缆系统中的终端恒温器、电流引线和超导电缆本体等关键部件进行了漏热分析,并通过理论计算和有限元仿真,对高温超导电缆系统的热负荷进行了评估,为该系统可靠运行提供了保障。     

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.     

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。     

35-110kV高温超导电缆终端低温恒温器热负荷分析

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kV电压等级、额定电流交流2 000A的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300W;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。     

10kA高温超导直流电缆在线监控系统及其试验研究

10kA高温超导直流输电电缆于2012年9月26日投入示范运行,用于给电解铝车间供电10000A.本文介绍了10kA高温超导电缆在线监控系统的设计及其实现,10kA超导电缆并网运行前临界电流试验及数据分析,10kA超导电缆并网运行后各个参数的监测.通过精确测量超导电缆进出口温度计算10kA超导电缆系统的损耗,分析了超导电缆运行电流对超导电缆系统损耗的影响.     

基于FBG的直流高温超导电缆失超检测

高温超导电缆输电具有损耗小、传输密度高、无电磁污染等特点,越来越受到各国的重视。但是当超导电缆发生失超故障时,产生的焦耳热会影响电缆的绝缘,使电缆无法正常运行。快速准确的失超检测就显得尤为重要。设计制作了一条高温超导电缆的模型,并搭建了高温超导电缆的测温与保护平台,采用光纤光栅测温对其失超之后铜骨架的温度变化进行测量,结合理论分析与仿真计算,论证了光纤光栅能满足对于高温超导电缆失超检测的要求。该方法具有反应速度快、结构简单的特点,可用于检测采用Triaxial结构和实心骨架的高压交直流超导电缆失超故障,为高温超导电缆的失超检测技术的实际应用提供了参考依据。     

高温超导限流电缆研究现状与发展趋势综述

高温超导限流电缆是一种新型超导电缆,充分利用了第二代高温超导体的优势,在电力系统正常和故障状态时分别表现低阻抗载流和高阻抗限流特性。高温超导限流电缆集成了超导电缆与超导限流器两种超导电力装备的功能。对于超导电缆和超导限流器,分别都有相关研究综述,而对于高温超导限流电缆缺乏系统性综述研究。从高温超导限流电缆的原理与结构出发,综述国内外有关高温超导限流电缆的研究现状,针对面临的技术问题进行分析。总结出高温超导限流电缆动态电流分布、载流限流瞬态变化过程、高温超导限流电缆接入到电力系统的新拓扑结构等关键技术和基础科学问题,获得了高温超导限流电缆未来的发展方向和趋势。     

高温超导电缆低温系统的可靠性分析

高可靠性是高温超导电缆系统并入电网的重要考虑因素,而高温超导电缆的可靠性很大程度上取决于其低温系统的可靠性。建设在宝山钢铁股份有限公司的超导电缆系统安全稳定运行时间已经超过两年,运行结果验证了其低温系统的可靠性能够满足需求。从系统设计及实际运行两个方面对低温系统的可靠性进行了分析。     

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。     

冷绝缘高温超导电缆绝缘设计的研究

目前随着国内外高压输电系统的不断发展,许多研究机构一直试图开发高电压等级的高温超导电缆系统,这就要求设计的HTS电缆要有可靠的绝缘性能和优化的绝缘设计技术.根据超导电缆的结构特点和高温超导电缆系统的运行特点,对Nomex和PPLP进行了交流耐压、雷电冲击、局部放电(PD)起始电压和热循环等高压绝缘特性试验.根据不同厚度...     

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。     

液氮下绕包绝缘的电性能研究

高温超导电缆具有载流能力大、损耗低和体积小的优点,传输容量将比常规电缆高3~5倍,而电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。因而,高温超导电缆相对于常规电缆具有极大的优势,其研制水平也在迅速提高。超导电缆中,其绕包绝缘的性能对于超导电缆稳定运行起着十分重要的作用。随着超导电缆的电压等级的提高,对绝缘的性能要求也随之提升。用PPLP,100HN,100CR,150FCR019绕制绕包绝缘并测试了它们的击穿性场强,并对它们的击穿性能进行对比分析,为超导电缆绝缘的选材和设计提供参考。     

高温超导电缆在故障状态下的温升计算

为了更好地研究高温超导电缆在电力系统中的暂态过程,有必要研究高温超导电缆温升情况。从高温超导电缆的结构出发,分析了高温超导电缆的温度特性,建立了故障状态下高温超导电缆温度分布的数学计算模型,并通过MATLAB仿真软件对220kV高温超导电缆模型进行了仿真计算。结果表明高温超导电缆超导层与屏蔽层温度在系统发生三相短路时瞬间增大,但随着故障的解除而减小;超导层与屏蔽层电阻在瞬间增大之后会随温度的增大而增大。结果验证了所提出的电缆温度数学模型的可行性。     

冷绝缘高温超导电缆临界和稳态载流特性分析

超导电缆出现失超故障时,不仅会损坏其本体,还会严重影响其供电可靠性乃至整个电力系统的稳定性,因此研究高温超导电缆的稳定性问题,已成为目前高温超导电缆实用化过程中需要重点解决的关键性技术问题之一。对两种不同的YBCO超导带材的临界电流特性进行了测试,分析了背景磁场强度、方向和交直流背景磁场对临界电流的影响,并对超导电缆的稳态性能进行了实验系统的设计和数据釆集。对超导电缆通以不同幅值和频率的电流,对超导电缆稳态时的各层电流进行了实验测量和结果分析,结果表明超导电缆在不同电流等级下具有良好的均流效果。这种良好的均流效果证明超导电缆在稳态时具有相对较好的稳定性。     

超导电缆与传统电缆生命周期费用的比较

超导电缆作为高温超导技术电力应用的一个主要发展方向,由于其低损耗、大容量、无污染等优点受到越来越多的关注.本文提供了一组比较超导电缆和传统电缆生命周期费用的计算模型,根据该组模型可以对制冷机价格、超导电缆费用、制冷机效率、电缆负荷状态等因素如何影响超导电缆生命周期费用进行分析,为高温超导的产业化发展提供方向.文章最后给出一组超导电缆与传统电缆的比较实例,     

百米级冷绝缘高温超导电缆系统设计及运行

以富通集团建成的百米级35 kV/1 kA三相交流冷绝缘高温超导电缆为例,详细介绍了超导电缆系统的整体设计,包括各功能组成、并网状态、绝缘测试以及整体运行等情况,通过总结实际运行数据及运行经验,给出了借鉴和参考。该高温超导电缆系统目前已连续运行超过1 450天,运行期间未出现任何异常故障,充分说明了系统设计的合理性。     

高温超导电缆层电流分布对电缆稳态运行特性的影响分析

为了分析冷绝缘高温超导电缆层电流分布对其稳态运行特性的影响,提出超导电缆的等效电路模型,给出求解各层电流的矩阵方程,应用超导电缆的温度分布计算模型和边界条件,获得不同均流效果下的超导电缆最大载流能力和稳态径向温升,并与有限元计算结果进行对比。结果比较表明,各层电流均衡分布不仅能提高电缆的载流能力,而且可以降低超导电缆的稳态运行温升,提高了超导电缆在稳态运行时的稳定性。     

10kA超导直流输电电缆系统损耗特性研究

超导电力技术具有诸多优势和良好的应用前景,世界范围内已完成多个超导电力装置的研发和示范应用。一根360m/10kA高温超导直流输电电缆(10kA超导电缆)的研制已经完成并成功实现并网示范运行。文中介绍了10kA超导电缆主要结构参数,讨论了超导电缆损耗源,重点分析了10kA超导电缆终端、低温杜瓦管和通电导体的损耗情况,终端电流引线是超导电缆热损耗最主要来源。10kA稳态运行条件下的损耗测试情况表明,低温液氮闭合循环系统满足10kA超导电缆冷却要求,其自身低温损耗为1600W左右,与分析结论基本吻合。     

交流高温超导电缆构型研究综述

高温超导电缆相对于常规电缆,具有载流能力高、结构紧凑、传输损耗小等优势,在大规模电力传输或走廊受限的线路扩容方面,具有发展潜力。近二十年来,国内外已有多组电缆进行试验验证或投入示范运行。通过回顾交流高温超导电缆的构型研究,介绍了较为常见的三相独立式、三芯式和三相同轴式结构,同时还介绍了几种新型交流高温超导电缆构型,如悬挂架空式、扭曲堆叠式、圆芯式、双同轴式和快速冷却式等,分析了各种不同构型交流超导电缆的特点,梳理出交流超导电缆改进的技术路线和发展趋势。     

超导电缆与传统电缆生命周期费用的比较

超导电缆作为高温超导技术电力应用的一个主要发展方向，由于其低损耗、大容量、无污染等优点受到越来越多的关注．本文提供了一组比较超导电缆和传统电缆生命周期费用的计算模型，根据该组模型可以对制冷机价格、超导电缆费用、制冷机效率、电缆负荷状态等因素如何影响超导电缆生命周期费用进行分析，为高温超导的产业化发展提供方向．文章最后给出一组超导电缆与传统电缆的比较实例。