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。     

YBCO双面薄膜失超电阻与失超回复特性研究

本文研究了以La Al O3(铝酸镧)为基片的YBCO(钇钡铜氧)矩形双面薄膜制作的微型电阻型超导直流限流器,通过短路实验测试了不同情况下限流器产生的失超电阻,并在此基础上进一步研究了其失超回复过程。YBCO双面薄膜产生的失超电阻较大,失超回复较快,通过短路实验测试薄膜在不同情况下的失超回复时间,发现其能够实现在自动重合闸动作之前回复超导态。     

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。     

YBCO矩形双面薄膜直流限流特性研究

本文对以La Al O3(铝酸镧)为基片的YBCO(铱钡铜氧)矩形双面薄膜进行微细加工和安装,制成微型电阻型超导直流限流器。在此基础上搭建实验电路,对其开展实验研究,深入分析了不同结构薄膜的直流短路过程。高温超导双面薄膜失超后内部磁、热变化复杂,本文通过短路实验研究从整体上掌握其直流限流特性,验证了该类型限流器的可行性。     

一种混合型桥式高温超导限流器的研究

提出一种改进的桥式高温超导限流器拓扑结构,将不同高温超导体制成的限流电阻与限流电感同时串入桥式限流回路.正常状态下,限流电感与限流电阻均为超导态,限流器呈现低阻抗.故障状态下,限流电感保持超导态,利用电感抑制故障电流的快速增加;同时,由于故障电流超过限流电阻的临界电流值,超导体迅速失超导致线路阻抗突然增大,可以限制故障电流稳态值.本文进行了限流原理的理论分析,并进行了系统仿真.结果表明,该拓扑结构同时利用了超导体超导态的电感和失超后的电阻来限制故障电流,限流效果好,响应和复位速度快,是对桥式限流结构和混合型限流原理的有意义的探索.     

一种混合型桥式高温超导限流器的研究

提出一种改进的桥式高温超导限流器拓扑结构。将不同高温超导体制成的限流电阻与限流电感同时串人桥式限流回路。正常状态下，限流电感与限流电阻均为超导态，限流器呈现低阻抗．故障状态下，限流电感保持超导态。利用电感抑制故障电流的快速增加；同时，由于故障电流超过限流电阻的临界电流值。超导体迅速失超导致线路阻抗突然增大。可以限制故障电流稳态值．本文进行了限流原理的理论分析，并进行了系统仿真．结果表明，该拓扑结构同时利用了超导体超导态的电感和失超后的电阻来限制故障电流，限流效果好，响应和复位速度快，是对桥式限流结构和混合型限流原理的有意义的探索．     

多超导线圈并联下的电流分布研究

与多超导线圈串联相比,多超导线圈并联通流的电流分布特性比较复杂。本文提出一种基于H方程和均质化方法的有限元模型,研究了4 YBCO单饼线圈并联下的电流分布,并与场路耦合模型对比。仿真结果表明,多超导线圈并联下的电流分布与各线圈的接头电阻、等效电感和等效超导电阻有关。线圈失超之前,各线圈的等效超导电阻几乎可以忽略,电流分布主要受线圈的接头电阻和等效电感控制;线圈开始失超后,电流分布主要受等效超导电阻影响,电流会重新分配,最终各线圈稳流值与各线圈的临界电流有关。     

涂层超导体交流电流冲击暂态电阻与失超恢复仿真研究

基于涂层超导体在冲击电流作用下暂态物理过程的分析,建立涂层超导体的热-电等效集总参数模型,获得冲击作用中超导带材的电流、电阻和温度等参量的变化规律,并对仿真模型进行实验验证。结果表明,在幅值为9倍临界电流的工频交流冲击作用下,冲击电阻包括三个阶段,在第一阶段中超导带材温度≤92 K,失超后迅速恢复;第二阶段中带材温度≥92K,从超导体变为正常态,产生较大电阻;第三阶段带材恢复超导态,电阻突变为0。该研究对电阻型超导限流器的设计与研究提供了时间维度的参考。     

用于柔性直流输电的电阻型超导限流器优化策略研究

电阻型超导限流器应用于柔性直流系统的短路故障限流,可以有效降低与之配合的断路器开断要求。通过建立基于实测数据的YBCO超导带材短时电流冲击模型,发现超导带材失超电阻过小是影响限流性能的主要因素。针对此问题,提出了低温优化策略和带材结构优化策略,两种策略都可通过减少导电金属面积来达到节省带材的目的。最后,根据直流系统和限流器要求,提供了一种带材结构综合优化算法,并利用模型仿真验证了其有效性。     

基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器

多端柔性直流电网技术的发展面临快速限制短路电流的巨大挑战。超导直流限流器被认为是故障限流的最有效解决方案之一。提出了一种基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器,该限流器通过限流单元(分裂电抗器的绕组由YBCO带材绕制)与固态开关相配合,稳态时,限流器呈并联结构,等效电感小,运行损耗低;故障发生后,限流器转换为串联结构,并受大电流冲击而失超,产生较大的限流电阻,能够有效限制短路电流。基于MATLAB/Simulink建立了超导限流器模型,仿真分析了限流过程中的电流变化情况,对比分析了开关动作前后的限流情况,验证了该限流器的可行性。     

Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性研究

采用交流冲击实验装置测量了在不同交流过电流、持续交流工作电流及冲击时间情况下,不同散热条件下Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材的电压、电流和温度随时间变化曲线,分析了冲击期间和冲击后带材各参数变化及失超恢复时间与散热条件和冲击参数的关系。研究结果表明:带材在交流过电流冲击下的失超和恢复过程主要取决于冲击能量和冲击过后带材内发热与散热的竞争效应。     

低能离子对高温超导YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜的表面改性和机理

低能氩离子束轰击并后退火处理的离子束表面改性,会影响高温超导薄膜的表面结构和超导特性,但是其中的深刻微观机理不清楚.本文通过连续改变离子束轰击时间,系统研究了离子束表面改性对于超导膜结构和临界电流密度的影响.通过扫描电子显微镜、X射线衍射、J_(c-scanning)测试表征样品的结构特性和超导特性,并得出内应变、氧空位缺陷等参量.研究表明,经过表面改性的钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ),YBCO)薄膜,随轰击时间增加表面形貌会变得更加均匀致密,a轴晶粒消失,并且临界电流密度有了显著的提高.由化学键收缩配对模型分析得出,临界电流密度的提高与薄膜内应变增大和引发的局部YBCO结构中Cu—O键收缩有关.     

高温超导带材YBCO涂层导体的失超传播特性研究

在液氮(77K)环境下对YBCO涂层导体的交、直流失超传播特性进行了研究。测量了交、直流情况下的失超传播速度以及最小失超能量;分析了超导带材的失超传播速度与传输电流的关系;推导了一维模型下的失超传播速度计算公式。结果表明,当带材的传输电流交流(有效值)与直流相同时,交、直流失超传播速度基本一致,交流的最小失超能略小,且随着传输电流的增大最小失超能间的差距加大。     

高温超导YBCO带材的交流传输电流损耗测量

文中对不同频率不同幅值的交变电流下高温超导体YBCO带材的交流传输损耗进行了实验研究。实验在77K下,对Superpower公司生产的SCS4050型号带材采用电测法通过锁相放大器进行了交流损耗值的测量,并将其工作电流为50Hz时的测量结果与Norris矩形模型估算值进行了对比,同时也给出了15Hz到300Hz不同频率下交流损耗测量结果的比较分析。     

测量高温超导YBCO薄膜厚度的一种新方法

生长在倾斜SrTiO₃衬底上的YBCO薄膜具有激光感生电压效应,响应信号的衰减时间常量与薄膜的厚度有确定的关系.作出了衰减时间常量与薄膜厚度的关系曲线,根据该曲线,由衰减时间常量就可确定薄膜的厚度     

插入二氧化铈薄膜提高MOD-YBa2Cu3O7-x厚膜超导性能的研究

YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)膜存在“厚度效应”: 随着厚度增加, YBCO薄膜的临界电流密度下降, 尤其是YBCO薄膜的厚度超过1 μm时, 它的临界电流密度急剧下降. 本文在YBCO薄膜之间引入极薄的二氧化铈(CeO₂)薄膜, 成功制备出结构为YBCO/YBCO/CeO₂/YBCO的超导厚膜. 所制备的厚度为2 μm的YBCO膜临界电流密度为1.36 MA/cm² (77 K, 自场), 其性能比相同厚度的纯YBCO膜有了较大幅度的提升. 研究表明CeO₂薄膜起到了传递织构、松弛应力的作用.     

GROWTH MODE OF Cu-RICH PARTICLES ON LASER-ABLATED YBa2Cu3O7 THIN FILMS

The microstructure of the laser-ablated YBa₂Cu₃O₇ (YBCO) thin film deposited on heated (100) SrTiO₃ substrate was examined by transmission electron microscope. The par-ticles on the film mainly consist of CuO and few CuYO₂. Most of these non-superconducting particles nucleate on or near the surface of the film and protrude about 100-400 nm in height, A large amount of a-axis YBCO grains also exist in the film, which nucleate at the substrate surface and grow perpendicularly above the c-axis YBCO film. The YBCO thin film deposited under low oxygen pressure has very different microstructure compared with YBCO thin film deposited under high oxygen pressure.     

高温超导YBCO线圈交流损耗的频率特性

YBCO线圈的交流损耗直接关系到YBCO设备的运行成本及稳定性。实现对YBCO线圈交流损耗的快速、准确测量,对于开展YBCO涂层导体的应用研究具有重要的意义。文中采用电测量法,在77K、零场和不同频率条件下,对YBCO线圈通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量。构建了YBCO线圈交流损耗的数值计算模型,对YBCO线圈交流损耗进行理论研究,最后将实验数据与理论计算结果进行比较,两者结果基本一致。可以发现,YBCO线圈在频率低于75Hz时,交流传输损耗随频率的增大而减小,当频率从75Hz增加到195Hz时,交流传输损耗随频率的增大而增加。     

GROWTH MODE OF Cu-RICH PARTICLES ON LASER-ABLATED YBa2Cu3O7 THIN FILMS

The microstructure of the laser-ablated YBa₂Cu₃O₇ (YBCO) thin film deposited on heated (100) SrTiO₃ substrate was examined by transmission electron microscope. The par-ticles on the film mainly consist of CuO and few CuYO₂. Most of these non-superconducting particles nucleate on or near the surface of the film and protrude about 100-400 nm in height, A large amount of a-axis YBCO grains also exist in the film, which nucleate at the substrate surface and grow perpendicularly above the c-axis YBCO film. The YBCO thin film deposited under low oxygen pressure has very different microstructure compared with YBCO thin film deposited under high oxygen pressure.     

一种脉冲电流工况下晶闸管缓冲电路的优化方法

对脉冲工况下超导磁体失超保护系统的晶闸管阀组缓冲回路参数进行设计和优化。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型建立了晶闸管关断时刻的电流数学模型。通过测试实验获得关键参数之间的关系并结合晶闸管性能及系统要求在Matlab中建立晶闸管电流反向恢复模型。考虑关断时刻电流下降率、反向恢复电压峰值等性能指标要求及回路研制费用,提出了一种脉冲工况下晶闸管缓冲回路的参数设计及优化方法。在Matlab中搭建失超保护系统模型,对比优化前后缓冲回路对系统在晶闸管关断时刻电气性能的影响,仿真结果显示,相比于原参数,最优参数下,反向恢复电压峰值降低了11%,反向恢复电压变化率峰值降低了43%。同时,回路制造成本降低为原先的1/7。