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。     

过冷液氮冷却系统应用研究

介绍了过冷液氮冷却系统的类别和原理,探究了系统在低温波荡器、超导电缆和高温超导电机等领域的应用,并对系统的改进和应用前景作了展望。     

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。     

高温超导直流电缆低温制冷系统设计

研制了一套高温超导直流电缆低温制冷系统,冷源采用斯特林制冷机与抽空减压泵,二者与冷箱并联耦合可以实现独立维护与检修,配备两套泵箱并联运行,可以实现在线快速切换和维护,设置补液容器向冷箱补液,减小冷箱补液时的温度波动。制冷系统实现了过冷液氮循环,可输出净冷量大于3 500 W@70 K。     

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。     

3kA冷绝缘高温超导电缆的设计和短路冲击试验

为验证接入系统的高温超导电缆的暂态特性,研制了220kV/3kA 1.5米冷绝缘高温超导模型电缆,并成功进行了短路电流为40.4kArms、持续时间为2s的短路冲击试验。文中详细阐述了起到支撑、液氮流通通道和保护作用的铜骨架的设计,超导电缆本体均流设计,并对该模型电缆进行了接入系统的短路冲击试验,试验表明,该超导电缆可满足220kV电网暂态冲击要求,验证了超导电缆本体和铜骨架设计的正确和合理性。     

高温超导电缆波纹管内液氮流动阻力特性实验平台搭建与分析

介绍了搭建高温超导电缆用波纹管内液氮流动阻力特性实验平台的搭建过程及其工作方式与原理。给出液氮的流动阻力特性实验测试,并与数值计算结果进行了对比分析。实验结果表明压力损失随着液氮流量的增大逐渐增大,出压差大致与流速的平方成正比。     

冷绝缘高温超导电缆电磁特性计算与分析

为了获得超导电缆电磁特性变化规律,针对冷绝缘高温超导电缆本体的基本结构,采用安培定律推导了超导电缆导体层和屏蔽层自感、互感的计算公式.通过110kV冷绝缘超导电缆的实例计算,研究了超导电缆导体层、屏蔽层的内径、绕向角、绕制方向三个结构参数对电磁特性的影响,总结了电感参数变化规律.     

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.     

波纹管对超导电缆出口液氮温度的影响

建立了30米长高温超导电缆的二维模型,利用Fluent软件对该模型进行仿真分析。在该模型中,采用波纹管恒温器,分析了波纹管的波距、波高等因素对出口液氮温度的影响。结果表明:在相同的热负荷及流量下,波纹管的波距越小,波高越大,出口液氮温度越高。超导电缆波纹管内液氮温度模拟,为低温冷却系统的优化设计提供理论依据。     

超导磁体测试用固氮低温系统开发

为简便地实现超导磁体在15～20 K温度区间下的性能测试,项目组成功设计、装配了一套利用固氮作为辅助制冷剂的低温测试系统,并使用二硼化镁材料绕制的小型线圈进行了磁体测试实验。测试表明,该低温测试系统能在约48 h内达到目标温度,且在磁体通流测试过程中保持系统的温度稳定,足以满足超导磁体测试的需求。     

用于高温超导磁体的固氮系统设计与实验

相比于其他制冷剂,固氮具有热容大的特点,利用这一特点冷却高温超导磁体,可以实现超导磁体系统较高的热稳定性。将高温超导浸泡在液氮内,采用单台10K双级G-M制冷机将液氮变成固氮,可获得最低8K的固氮系统。对固氮冷却的超导磁体进行10~60K的宽温区控温实验,可获得±0.05K的高稳定性控温精度,从而进行不同温度下超导磁体的临界电流、临界磁场以及稳定性研究。     

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。     

基于PSCAD/EMTDC的高温超导电缆模型

在PSCAD/EMTDC中对国内首条110kV冷绝缘高温超导电缆建立了模型,该模型能够反映出电流在导体层和铜骨架之间的分流情况;将MATLAB与PSCAD/EMTDC通过接口程序连接,在MATLAB中编写了导体层阻值的计算程序,该程序考虑到了温度和电流的影响,能够反映出每一个采样时间段内阻值的变化情况;设置了单相接地故障,对故障电流下超导电缆的失超过程进行了仿真,得到并分析了失超过程中电流波形图以及导体层的温度曲线。     

高温超导带材的故障电流冲击模型

提出了一种高温超导带材的故障电流冲击模型的建立方法,该方法以超导带材的数学模型为基础,用可变电阻模拟带材的阻值变化情况;搭建了带材的电路模型,编写了电阻值的计算程序,将PSCAD/EMTDC和MATLAB通过接口程序连接到一起进行联合仿真;得到了大电流下,高温超导带材失超过程中的电流、电压及温度的波形图,并对其进行了分析。对超导带材进行了交流测量实验,并将实验得到的波形和仿真波形进行了对比和分析。     

低温温度计筛选系统设计

为了筛选满足诸如长期稳定、读数精确、抗干扰等条件的温度计,需要对温度计进行冷热循环冲击实验——升降温循环实验。设计了一套利用GM制冷机作为冷源的系统,用来实现这一目的。利用Lab VIEW编程控制一台340控温仪,仪器PID自动控制加热,从而实现样品架温度按指定的速率匀速升降温。升降温循环冲击分别在循环前、第10个循环后和最后15个循环后对温度计进行标定。根据标定数据对标定后的温度计经行漂移分析,最终筛选除了漂移较小的温度计。     

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。