高温超导电缆交直流伏安特性测试与分析

为了研究高温超导电缆在直流和交流载流情况下伏安特性的变化规律,提出基于第二代YBCO高温超导体的冷绝缘超导电缆交直流伏安特性测试方法,搭建了伏安特性测试实验系统,通过对一根0.2m长,110k V/1.5k A高温超导电缆样缆的交直流伏安特性进行测试,获得了超导电缆在直流、30Hz、100Hz和工频载流下伏安特性变化规律。结果表明,超导电缆的直流伏安特性曲线呈现E-J指数关系,且失超变化清楚,而交流下当超导电缆通流值低于直流临界值时,交流伏安特性曲线变化平缓,之后随通流能力增加后该曲线呈逐渐上升趋势,超导电缆没有出现明确的失超变化点。研究结果对于开展超导电缆运行稳定性研究提供了较大的参考价值。     

高温超导电缆发展及其应用概述

随着高温超导技术的发展,高温超导电缆已经在输电系统中有了实际应用。与传统电缆相比,高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、节约资源、环境友好等优势,有望在未来电网发展中发挥重要作用。本文介绍了高温超导电缆的结构及特点、基本设计原理、传输电流与导体层电流分布及交流损耗等技术问题,并对高温超导电缆在交流和直流输电系统中的应用以及目前世界各国对高温超导电缆的研究及成果做了介绍。     

高温超导电缆系统的结构及性能测试

高温超导电缆在结构、制备过程以及运行环境与普通的电缆都有很大不同,因此,性能测试内容和方法也有所差异,有必要对其进行研究和规范。本文从高温超导电缆系统结构的角度出发,介绍了超导电缆本体、终端和制冷系统的结构和性能测试内容,并且重点介绍了临界电流、交流损耗、层电流分布的测试方法。     

高温超导电缆技术探讨与应用

如今，人们对电能品质、对环境和用电量都提出了更高的要求，但由于传统导体具有电阻及损耗．这使得当电力输送功率增大时，不得不采用提高电压和加大导线截面的方法。这意味着大大增加了技术难度和成本。将高温超导技术应用于电力系统，使电力传输过程中无电阻损耗或接近零损耗，节能意义重大；并且能以较低的电压传送更大的功率．从而达到高效、节能、环保等相关要求。介绍了市场上已经出现并可用来制造高温超导电缆的几种超导线材及其高温超导电缆技术，分析了不同种类的超导电缆的结构和特点，总结了计算高温超导电缆导体层电流分配和高温超导电缆运行损耗的方法、高温超导电缆的发展状况，展望了高温超导电缆在未来电力系统中的应用。     

单相高温超导电缆屏蔽层电流仿真及实验研究

高温超导电缆的屏蔽层在非对称故障情况下会在变电站间产生入地电流,影响系统的零序阻抗。采用数值模拟与实验相结合的方法,研究单相高温超导电缆的屏蔽层电流的影响因素。首先建立了超导电缆的电磁数值仿真模型,通过解析公式对模型进行验证,然后仿真计算不同屏蔽层等效电阻下,屏蔽层感应电流和感应电压大小。结果表明,感应电流和感应电压的主要影响因素是屏蔽层电阻的大小,且屏蔽层与导电层间的电磁关系可以采用变压器模型进行定性分析。同时,搭建了超导电缆屏蔽层电流的测试实验平台,初步验证了屏蔽层阻抗对屏蔽层电流的影响规律。     

应用第2代高温超导体的冷绝缘超导电缆输电导体层间均流技术

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kV/3kA等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。     

高温超导电缆保护研究

在高温超导电缆故障特征的研究基础上,依据高温超导电缆的结构特点,建立了超导电缆本体温度分布计算模型,在不同边界条件下分析了其稳态和暂态的温度变化情况;针对高温超导电缆在短路电流下的失超现象进行了深入研究,分析了绝热过程中温升、短路电流和时间之间的关系,进而提出了一套基于电气量信号和非电气量信号的高温超导电缆综合保护及其具体实现方案:非电气量保护、瞬时大电流失超保护和反时限热积累失超保护。基于该原理的保护装置已成功投运,运行效果良好。     

不同宽厚比多芯Bi-2223带在自场下的频率特性

具有不同宽厚比的多芯Bi-2223带的交流传输损耗依赖不同的参量.其中,高温超导带材的运行频率被认为具有重要的影响.几个理论模型描述了这种依赖关系.为了调查具有不同宽厚比的Bi-2223带的交流传输损耗的频率依赖性,准备了一系列宽厚比逐渐变化的Bi-2223带,通过交流传输测量来研究它们的特性.可以发现,在频率低于810Hz时,交流传输损耗随频率的增大而减小,当频率从810Hz增加到2025Hz时,交流传输损耗随频率的增大而增加.同时也发现,在频率低于810Hz、宽厚比较大时,交流传输损耗的减小量会较小.在频率高于810Hz、宽厚比较大时,交流传输损耗的增加量会较小.     

海底超导电缆交流损耗的抗损伤特性研究

海上新能源发电的快速发展急需大容量高效率的海上电力传输网络与之匹配。为促进海底超导电缆的发展,需要研究局部损伤对超导电缆的影响,尤其是对其损耗特性的影响。这关系到损伤是否会导致损耗骤升而冷却系统无法及时排出多余热量,进而导致低温平衡被破坏,超导电缆无法继续工作,甚至发生进一步大范围损伤。基于陆上超导电缆建立了包含单层到多层电缆的物理模型,并使用有限元方法分析电缆的电流分布、内部磁场分布和输电损耗。通过比较损伤前后电缆损耗特性的变化,分析并总结得出了最适宜用于海底输电的超导电缆结构。结果表明,在单根带材损伤的情况下,一层和二层电缆的损耗大幅度提升,而六层电缆的损耗不到5%。因此六层电缆较为适应海底环境。     

基于MgB2高温超导材料的吉瓦级远程直流输电研究

本文主要探究以具有成本效益和环保特性的新型高温超导材料(MgB_2)作为直流输电电缆,以液氢作为冷却剂,实现吉瓦级远程直流输电的可能性。首先分析超导直流输电的必要性及其优势,说明超导直流输电的基本模型,然后介绍MgB_2超导电缆和液氢制冷系统,接着阐述基于十二脉动换流器的直流输电控制策略。最后使用PSCAD软件完成超导直流输电系统仿真,在相同传输条件下进行MgB_2高温超导电缆和传统电缆的线路功率损耗比较,证明了超导直流输电系统具有线路损耗低,容量不受限制的优点,为MgB_2高温超导材料在超导直流输电领域的开发设计提供初步依据。