YBCO在热冲击条件下的失超特性研究

在实际的超导电力装置运行过程中,超导带材可能由于电力系统中诸如系统短路故障等各种动态过程,承受短路大电流、不平衡电流的冲击,以及由此而产生的电磁、机械应力、热量的作用而失超,因此,研究热冲击对超导材料性能的影响对超导电力装置失超保护非常重要.本文以第二代高温超导(YBCO)带材为样品,模拟实际超导电力装置中带材的绝热环境,通过外加电源对超导带材进行热冲击,研究YBCO带材在不同情况的热冲击条件下的失超过程以及带材温度和超导性能的变化.试验结果表明:对于美国Superpower公司生产的YBCO工程带材,瞬时温度超导300K后,带材的临界电流下降,瞬时温度超过500K,带材可能出现烧断现象.     

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。     

超导储能系统失超保护实验研究

介绍了超导储能系统的失超保护实验,分别对实验装置、失超保护系统、实验连线以及实验电路四个方面进行了阐述。在超导储能系统运行过程中,通过测量在磁体电流超过临界电流情况下,失超保护系统中失超电压及电流的变化曲线,分析了不同充电电流对磁体阀值电压的影响以及在磁体参数改变下失超保护系统的适用情况。实验结果表明,失超保护系统能快速、准确地检测失超信号,并进行保护动作。同时,实验数据的统计也说明了不同的充电电流速度对阀值电压没有产生影响。     

混合型超导限流器与重合闸配合研究北大核心CSCD

基于超导限流器是最理想故障电流限流装置,当超导限流器串入电力系统后对电力系统继电保护和重合闸产生影响.本文在分析新型混合型超导限流器限流原理的基础上,为了解决失超型超导限流器的超导体失超恢复时间与重合闸时间无法配合的问题,引入失超检测系统,延长重合闸时间,当检测到超导线圈失超恢复后重合闸才动作,仿真结果表明该方法可行,并可解决失超型超导限流器与重合闸配合问题.     

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。     

超导故障限流器的数学模型研究

文中总结了几种超导故障限流器的模型。在数学模型的基础上 ,阐述了超导材料的温升、失超传播速度和临界电流密度对超导故障限流器性能的影响     

准绝热环境下Bi-2223/Ag带材在工频过电流冲击下的失超及恢复特性实验研究

本文对工频过电流冲击下准绝热环境中的Bi-2223/Ag不锈钢加强多芯带的失超及恢复特性进行了实验研究.通过实验测量了在液氮温度(77K)、自场下Bi-2223/Ag超导带在幅值为100 A至1 015 A,时间为300 ms的工频电流冲击下,超导带材两端的电压,电流及带材表面温度的变化,得到冲击期间各参量的变化规律.另外,还比较了冲击电流相同、正常载流不同时,带材的温升及失超恢复时间,结果表明正常载流大时,则带材温升较高,失超恢复时间长.正常载流为60A＜0.5Ic时,带材失超恢复时间为冲击时间的21倍.     

MICE超导耦合磁体分段内保护仿真研究

超导磁体失超过程中会产生过大内电压和局部温升,这有可能对磁体造成破坏。对超导磁体进行分段内保护是降低失超过程中内电压和局部温升的有效办法,但是分段后各段线圈之间相互耦合,使得失超过程分析复杂化。将已有的单段失超传播模型推广到分段保护磁体的失超分析,研发了失超过程仿真算法。应用该算法对M ICE超导耦合磁体在不同分段保护系统下的失超过程进行仿真研究,得到了电流、电压、温度等有关物理量变化曲线。仿真结果表明,通过选择合适的分段数和分段保护电阻,可以控制M ICE超导耦合磁体失超过程中内电压和局部温升在允许范围内。     

混合型超导限流器与距离保护的配合研究

随着电网规模的增大和拓扑结构的日益复杂,短路故障电流持续攀升,超导限流器是最理想的短路故障电流限制装置,电力系统正常运行时,超导限流器的阻抗为零,对电力系统运行无影响,当电力系统发生短路,故障电流超过超导体临界电流,超导体失超呈现大阻抗限制短路故障电流.超导故障限流器无论是哪种限流原理,在限流的故障过程中总会有阻抗元件串入到系统中,从而使得电网参数发生变化,对继电保护产生影响.本文通过研究混合型超导限流器对距离保护的影响,借助于微机保护的快速实时特性,对线路距离保护的整定算法作相应的修改,解决混合型超导限流器与电网距离保护的配合问题.     

YBCO带材过流特性与抗过流能力研究

大电流条件下超导带材的失超和耐受特性是超导限流器对带材用量选择的一个重要依据。本文建立了与实际工艺结构一致的带材几何物理模型,并考虑带材的失超及电热特性,用Matlab完成数值计算,在直流环境下,带材通以时长为30 ms、通流达3倍临界电流时,得到其电压、电流特性及温升大小,通过与实验对比,具有较好的一致性。同时,进一步进行了最大通流达5倍临界电流的极限冲击实验,根据实验现象预判了带材各层传热的动态过程,优化了数学模型,进而给出带材耐受电流及温度判据。     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

Superconductivity in high Debye temperature material

The theoretical upper limit of the critical temperature of superconducting materials is discussed. It is concluded that a metal that does not have a high Debye temperature (as do metallic H, B, Be or their alloys) cannot become a high Tc superconductor. Various attempts at enhancing the Tc of Be by quench condensing with various elements, by coevaporation with Li and by treatment in an alloyed form : Be₂₂Re, are presented. Probably for metallurgical reasons, we were unable to approach the predicted maximum critical temperature but believe we have somewhat clarified the question and the field remains promising.     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。     

基于LabVIEW的高温超导材料特性测试实验

高温超导体临界特性的测量是近代物理实验中最为经典的实验之一,本文通过使用GM制冷机,利用Lab-VIEW虚拟仪器软件和高性能采集卡,改进了传统的测量高温超导材料临界特性的实验装置.本测试系统不仅可以测量高温超导体在不同温度下的临界电流,还可以测量其失超传播特性.该实验对于学生了解超导体特性和培养严谨的科学作风十分有益.     

超导储能系统的失超检测

超导磁体的失超检测与保护是超导电力技术实用化的一个重要课题。文中针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超检测系统。该系统采用有源功率检测方法,通过对超导磁体上产生的失超信号进行隔离、放大、滤波以及比较等,实现失超信号的检测。实验结果表明,该失超检测系统能够及时准确的检测到失超信号,为超导储能系统的失超保护提供了可靠的前提条件。     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

高温超导SMES磁体的失超检测研究

失超保护是保证磁体安全运行的重要措施,而失超检测是失超保护正常动作的前提。由于SMES磁体运行工况的特殊性,现有失超检测方法在失超信号提取上遇到电磁噪声干扰严重的问题。文中针对高温超导SMES的运行工况,对电桥检测法进行了改进,通过对电桥信号的滤波设计解决电磁噪声干扰,设计了一套适用于高温超导SMES磁体在交变电流情况下的失超检测系统,同时进行了高温超导磁体的失超检测实验。实验结果表明,此系统能快速、准确地检测失超信号,并输出保护动作信号。     

<Emphasis Type="Italic">I–V</Emphasis> characteristics and current instability in a high-temperature superconductor with a nonuniform temperature distribution over the cross section

The effect of a nonuniform temperature distribution in the cross section of a high-temperature superconductor on the formation of its I–V characteristic and the conditions for conservation of a stable distribution of the input current are analyzed. The equations permitting us to determine the boundary values of the electric field and current above which current instability can be developed with allowance for the dimensional effect are derived. It is shown that the input current quench determining the maximal permissible value of the input current decreases if thermal inhomogeneity of electrodynamic states is taken into account in theoretical analysis of its stability conditions. It is found that the limiting admissible values of the electric field and current are nonlinear functions of the thermal resistance of the superconductor, its critical parameters, and external heat-exchange conditions. Therefore, intense cooling of the superconductor does not result in an increase in the current corresponding to the emergence of instability in proportion to the increase in its cross-sectional area or critical current density.     

氧化物超导体的真空失超

处在超导态的Bi-2223相和Y-123相样品,在抽真空的条件下,会迅速失去超导电性转变为正常态,无论测量Tc时的恒流变大还是变小,失去超导的现象都是明显的。即使在十几K的范围内减压降温仍能保持在正常态。失超的直接原因可能是由于样品氧含量急剧减少而引起了超导相的变化,也说明了一种与氧含量有关的超导机制的存在。