高温超导电缆终端的研究与开发

简单介绍了高温超导电缆的终端的基本结构特点与作用等 ;并主要介绍了工业化国家中美国、日本、丹麦等所研制的 HTS电缆终端以及目前我们所研制的终端情况。     

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。     

高温超导电缆低温收缩补偿研究

针对面向工程化的长距离超导电缆的低温收缩效应,分析了超导电缆关键材料和部件在低温下收缩的一般行为规律,指出低温收缩可能引起的不良影响,详细阐述了面向工程化的终端直线型补偿、终端U型补偿、沿线蛇形敷设等方案的原理、结构和技术要求。对于深圳10 kV/2.5 kA超导电缆系统,提出了直线补偿结合蛇形补偿方案,解决了复杂路径环境下电缆低温补偿的问题,为高温超导电缆的推广应用起到一定的示范引导作用。     

高温超导电缆冷却系统现状与发展

结合国内外高温超导电缆工程实例从制冷原理,系统形式等方面介绍了几种常用的高温超导电缆冷却系统;同时从适用条件、运行可靠性、经济性等方面对它们进行比较;分析国际上对高温电缆冷却系统的研究趋势,并对其研究发展提出建议。     

不同载流运行下冷绝缘高温超导电缆的温度场数值分析

针对冷绝缘高温超导电缆(Cold Dielectric High Temperature Superconducting cable,CD HTS cable)在不同载流下的运行稳定性,采用有限元数值分析方法对超导电缆内部温度场进行准确计算和分析。根据超导电缆内部各层传热特征,建立基于ANSYS的CD HTS电缆有限元模型,给出正常载流及故障载流下超导电缆温度场分析传热边界条件,计算得到不同载流情况下超导电缆本体温度分布变化规律,从而为其通流能力影响下的运行稳定性分析提供参考依据,对超导电缆的故障保护具有一定的指导意义。     

高温超导强电应用研究进展与展望

评述了目前高温超导材料强电应用研究的进展,着重介绍了故障电流限制器(FCL)、输电电缆、变压器等热点项目,以及美国在军事方面的应用动向,对高温超导强电应用前景进行了展望。     

75米三相交流高温超导电缆冷却系统

在继2003年完成10米三相高温超导电缆之后，我们于2004年年底成功完成了75米高温超导电缆的组装、调试和通电试运行．这两套电缆装置的低温冷却系统都是采用单相密闭液氮流程循环冷却高温超导电缆本体及终端，都是采用液氮减压制冷方式获取制冷量，借助过冷器内液氮作为冷媒把冷量传递给液氮循环系统．本文在简要介绍10米长高温超导电缆低温冷却系统基础上，重点介绍75米高温超导电缆冷却系统的试运行和在通电情况下的实验结果，并对实验数据进行热平衡分析和制冷量与液氮消耗量的分析，从而得到高温超导电缆冷却系统运行的经济性参数．     

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。     

高温超导电缆节能环保与经济可行性分析

人们对电能需求的持续增长,促使电网输电密度和输电容量逐渐增大,传统的输电技术将遇到越来越多的问题,这个矛盾在大城市中显得尤为突出。高温超导电缆具有传输容量大和功率密度高等优势,是解决这些问题和满足未来大容量电力传输的重要技术之一。文中在介绍高温超导电缆的基本结构和发展现状的基础上,研究其在节能环保和经济方面的优势;并以北京为例,分析了高温超导电缆在大城市中应用的可行性。     

高温超导电缆电磁结构的优化设计

高温超导电缆层间电流分布不均是超导电缆研究的重要问题之一,调整电磁结构是使其各层电流分布趋于均衡的有效途径。文中建立了电缆本体的电路矩阵方程,分析了导电层电流及其产生的磁场,推导了各导电层自感和层间互感的计算公式。在此基础上,给出了以电缆各层电流均衡为目标的优化函数,并用该函数对超导电缆实例进行了结构优化。仿真结果表明,优化后电缆的各层电流分布趋于均衡。     

高温超导电缆测试平台的设计与实现

超导电缆与常规电缆在电磁特性上有很大的差异。因此,并网运行前需要对其各方面性能进行试验测试,确保能够在电网中安全稳定运行。文中介绍了基于LabVIEW的高温超导电缆性能测试平台的实现方法,主要完成超导电缆的交直流性能测试试验和交流损耗测量试验。     

基于LabVIEW的高温超导电缆测试平台的设计

为了进行高温超导电缆直流性能测试实验和长时间交流运行实验,开发了基于LabVIEW的高温超导电缆测试平台。该测试平台由PXI系统和标准程控仪器测试系统两部分组成。其中,PXI系统用于温度和交流信号的采集;标准程控仪器系统负责微弱直流信号的测量。平台可实现对各参量的采集、波形显示、数据保存以及历史数据查询等功能。     

100kV直流高温超导电缆终端应力锥设计

本文提出了一种新的单直线应力锥设计方法,根据PPLP材料的绝缘特性,结合超导电缆的本体尺寸和设计电压,给出了增饶绝缘厚度和应力锥轴向长度的设计数据,其中增饶绝缘厚度为3.5 mm,应力锥轴向长度为38.5 mm,并对单直线应力锥进行电场数值分析,结果表明,所设计的单直线应力锥满足100 kV直流高温超导电缆运行要求。     

高温超导电缆终端恒温器研制

高温超导电缆终端恒温器是高温超导电缆终端系统的重要组成部分,其长期可靠稳定的运行将为整个系统的良好运转奠定坚实基础.文中对成功研制的高温超导电缆终端恒温器进行了详细介绍,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等.试验表明,高温超导电缆终端恒温器结构设计合理、操作方便;大口径可拆法兰低温真空压力环境下的密封技术得到突破、密封性能良好;低温液体输送管道承插密封结构设计新颖、满足工作要求.热负荷的分析与计算为高温超导电缆制冷系统所需冷量的确定提供了依据,同时也为终端恒温器的进一步优化指明了方向.     

冷绝缘超导电缆绝缘材料测试综述

绝缘材料在液氮中的各种性能将直接影响到冷绝缘高温超导(HTS)超导电缆的质量。对四种绝缘材料:电缆纸、聚丙烯层压纸、聚酰亚胺薄膜和低密度聚乙烯薄膜在常温和低温下的电阻率、介电常数、介质损耗角正切、低温介电强度和局部放电进行实验研究和对比,得到了有价值的数据。     

基于高温超导电缆终端的应力锥结构设计

对35kV高温超导电缆终端应力锥进行优化设计。以各层极板长度,半径,绝缘材料介电常数等作为优化变量,以各层极板之间的电压降相等作为优化目标,采用动态惯性权重因子的改进粒子群算法对高温超导电缆终端应力锥电气参数优化设计。应用matlab软件实现应力锥优化设计算法,通过循环迭代得到应力锥最优极值。     

高温超导电缆直流测试电源平台的搭建

根据高温超导电缆测试用直流电源平台的要求,建立了硬件平台。该平台为模块化结构,具有输出精度高,便于扩展等特点;为方便操作,建立了基于LabVIEW的软件平台,对直流电源平台进行远程控制,并给出了远程控制的程序流程图,实现了电流的匀速上升和下降以及上升过程中的中断操作;利用该电源平台进行了超导电缆的临界电流测试实验,验证了直流电源平台符合高温超导电缆的测试要求。     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

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。