高温超导电缆优化设计现状与发展

介绍了高温超导电缆本体的基本结构,比较了国际上具有代表性的各个超导输电电缆的设计方案及其运行特性,探讨了优化算法在超导电缆导体层电流均布和电磁场优化设计中的应用.最后总结了电缆设计中的关键问题,并展望了高温超导电缆优化设计的发展方向.     

低温绝缘（CD）高温超导电缆屏蔽层电流对超导电缆导体和屏蔽电流分布的影响

文中首次提出低温绝缘（CD）高温超导电缆在屏蔽层通过与导体电流相等的反向电流条件下，屏蔽层自感、屏蔽层层间互感、屏蔽层与导体间互感的计算式，以及CD绝缘高温超导电统屏蔽和导体电流均匀分布的设计计算方法。通过对几种典型的屏蔽和导体结构的CD绝缘高温超导电缆屏蔽电流和导体电流分布计算，分析研究屏蔽层电流对CD绝缘高温超导电缆的导体和屏蔽电流分布的影响，并推荐将文中提出的计算方法作为CD绝缘高温超导电缆导体和屏蔽结构的设计基础。完善的计算机程序已缟制完成，可作为实际应用。     

超导屏蔽对低温绝缘超导电缆运行性状的影响

从理论上证明三相系统用低温绝缘(CD)高温超导电缆在屏蔽层互联和特定敷设条件下可以达到屏蔽电流与导体电流量值相等、相位相反,实现屏蔽处无磁场的理想运行状态。可以用于CD绝缘超导电缆的结构和CD绝缘超导电缆线路电气参数的确定。     

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。     

高温超导变压器关键技术

由于超导材料的无阻载流特性,其在超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导储能、超导电机等超导电力装置中的应用引起人们极大兴趣。其中超导变压器具有体积小、重量轻、损耗低、无火灾隐患、无环境污染和低漏抗等特点。简要介绍了高温超导变压器基本结构,重点介绍了变压器研发过程中的关键技术问题,包括液氮和气氮低温绝缘特性、超导绕组损耗分析、电流引线设计、非金属低温容器设计等,为高温超导变压器的研发提供有用的参考。     

高温超导交流输电电缆导体层电流分布研究

本文通过对高温超导输电电缆导体各层电磁平衡方程组的建立,结合高温超导材料的电磁特性,提出影响导体各层电流均匀分布的相关结构参数关系表达式。通过对这些结构参数组合的调整,提出了使导体各层电流均匀的原则和方法。拟合及有详试验表明,本文的研究原则和方法是可行的。     

基于LabVIEW的高温超导电缆交流损耗测试系统设计

交流损耗是影响超导设备设计和运行的一个重要因素。为了研究冷绝缘高温超导电缆交流损耗的变化规律,提出了一种基于虚拟仪器(LabVIEW)的高温超导电缆交流损耗的测量方法,并搭建了交流损耗的测试系统。通过美国国家仪器公司的数据采集系统获取超导电缆内外导体层的端电压和各层电流信号,基于互相关算法求出每层端电压和电流信号的相位差,在消除接头电阻的影响后计算得到交流损耗。在50Hz和60Hz的情况下,测量了0.2m长、110kV/1.5kA的高温超导电缆模型样缆的交流损耗。结果表明在对数坐标下,交流损耗随传输电流增大而线性增大,将频率归一化后,不同频率下电缆的损耗曲线基本吻合,单位周期的交流损耗值相同。研究的结果对于高温超导电缆研究和应用具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

我国研制出世界传输电流最大的高温超导电缆

<正>目前世界上传输电流最大的高温超导电缆已在我国研制成功。该高温超导直流输电电缆长达360 m,载流能力达到10 kA。与相同容量的常规电力电缆相比,节能效果达到了65%以上。针对超导电缆低温杜瓦管加工长度有限的问题,首次提出了"分段设计、插接集成"的思路和技术方案,通过采用标准化接口和双层夹套真空密封连接技术,可以实现任意长度超导电缆的连接,为长距离超导电缆研制奠定了基础。这条电缆是目前世界上传输电流最大的高温超导电缆,也是世界首条实现并网示范运行的高温超导直流电缆。     

Verification tests and insulation design method of cold dielectric superconducting cable

A High‐Temperature Superconducting (HTS) cable has a bulk power transmission capacity as a candidate for the replacement of aged cables and/or for the increase of the power transmission capacity, and its diameter is preferred to be smaller than the inner diameter of the duct for the existing cables. To reduce the diameter of HTS cable, the cold dielectric (CD)‐type electrical insulation in which a cable core is immersed into liquid nitrogen (LN₂) should be adopted, and the thickness of its electrical insulation layer has to be optimized. Since a partial discharge (PD) in the electrical insulation layer of the CD‐type HTS cable is considered as a major cause for the aging of the insulation layer, PD‐free design must be adopted for the CD‐type HTS cable. This paper describes a design method for the electrical insulation layer of the CD‐type HTS cable adopting the PD‐free design under AC stress, based on the experimental results such as a PD inception stress (PDIE), an impulse breakdown stress, and PD extinction characteristics under AC stress superimposed with an impulse stress. Moreover, the proposed design method was applied to a 500‐m HTS cable and was verified by a field test. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(2): 25–36, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20512     

高温超导电缆分相电流差动保护的电容电流补偿方案

分析了高温超导电缆的电气参数特点，讨论了将架空线路差动保护中的电流补偿方案直接应用于高温超导电缆线路的可行性，对无电容电流补偿、电容电流半补偿、基于贝瑞隆模型等不同差动保护方案的动作性能进行了仿真分析。结果表明，在高温超导电缆分相电流差动保护方案中必须考虑电容补偿；基于贝瑞隆模型的电流差动保护性能优越，耐过渡电阻能力强，能够满足高温超导电缆线路分相电流差动保护的应用要求。     

高温超导电缆的研发现状和发展趋势

与常规电缆相比,高温超导电缆具有体积小、重量轻、容量大、电流密度高、损耗低、环境友好等优势,为未来电网提供了一种新的电力传输方式。随着高温超导线材取得的重要研究进展,国际上相继开展了高温超导电缆的研发,已有多条超导电缆工程成功地进行了挂网示范运行。本文介绍高温超导电缆的研发进展情况,并简单对高温超导电缆的发展趋势和关键技术做出展望。     

220kVXLPE绝缘电力电缆的设计及试制

通过 2 2 0 k V交联聚乙烯绝缘电力电缆的设计和试制 ,对以下几个问题进行分析和说明 :(1 )电缆的导体结构 ;(2 )绝缘厚度的设计 ;(3)导体屏蔽及绝缘屏蔽的屏蔽方式及厚度选取和材料的选用 ;(4)金属护套的功能及其厚度的选定、轧纹形状及阻水性能试验验证 ;(5)纵向阻水层结构的设计 ;(6)试制过程的工艺要点。文中还指出了通过产品的型式试验 ,证明产品的技术指标达到或超过设计要求     

Feature article - Manufacturing and Performance Criteria for Medium Voltage Power Cable Semiconducting Shields

The subject of semiconducting shield (screen) layers for shielded power cable is interesting as a result of the many technical requirements that must be met simultaneously and that will be described in this article. This contribution is timely in that the IEEE Insulated Conductors Committee (ICC) has a Working Group developing a Guide on cable shields. One purpose of this article is to show that the carbon black is not necessarily the dominant issue in the formulation of shield compounds. Processing and compatibility with the overall cable system is as, or more, important to the shield properties and stability in service than the carbon black used. Through held experience, one commercial conductor shield compound used during the 1990s was unstable in the field as a result of high sensitivity to shear, which resulted in the shield layer going essentially nonconductive in service. Another purpose of this contribution is to show that shield layers are not "mix and match". The shield layer must be suitable for the process and dielectric with which it is used. Shields that are designed for use with XLPE dielectric are often not suitable for use with EPR dielectric, and vice versa. Likewise, the appropriate shield depends on the configuration of the extrusion line on which the cable is manufactured.