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。     

高温超导变压器研发进展综述

与传统常规变压器相比,超导变压器具有很多优势,如体积小、重量轻、损耗低、无污染火灾隐患等。近十几年来,随着高温超导线材取得重要的研究进展,国际上相继开展了高温超导变压器的研发,已有三台样机成功地完成了挂网试验。简要介绍了近年来国内外高温超导变压器（包括电力变压器和机车变压器）的研发情况以及近期几个基于第二代高温超导线材的高温超导变压器项目,并指出随着高温超导线材的技术发展,限流变压器的研究值得关注。     

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。     

高温超导直流电缆最大冷却长度的影响因素

明确决定高温超导直流电缆最大制冷距离的因素是进行电缆系统参数配置的基础问题。本文建立了顺流制冷方式下制冷系统的热力学-流体力学物理模型,用解析的方法研究了在电缆及其制冷系统稳态情况下的外部热损耗、流量等因素单个作用时分别对电缆最大制冷长度的影响。结果表明外部热损耗和制冷距离呈负相关关系;仅在一定范围内制冷距离随流量增大而延长;内外流换热效果对制冷距离影响不大;在一定流量下增大壁面粗糙度会减小制冷距离且流量越大粗糙度的增加对制冷长度的减小效果越明显;一定范围内增大内杜瓦管半径能延长制冷距离。本文对结果产生的原因做了解释并指出了结论对工程实践的意义,本文的分析方法和结论对于长距离应用的高温超导直流电缆系统配置有参考价值。     

超导磁储能系统发展现状与展望

超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)技术具有响应时间快、功率密度高、生命周期长等特点,在电网电压质量调节、频率控制、脉冲负载供电等方面具有重要的应用价值,被列为《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》之先进储能技术的主要突破方向。介绍了SMES的系统组成原理和系统先进性,概述了SMES在电力系统、舰船供电等场景的应用,综述了SMES近期有代表性的大型项目和研究状态,并从特性互补、提高性能的角度讨论了2种与氢电池和电化学电池组合使用的SMES混合系统。最后,指出了SMES发展和大规模应用所面临的几点挑战,并给出了相应的应对策略。     

超导电缆导体绞缆张力自动控制系统的研制

超导磁体系统是ITER装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用管装导体（CICC）绕制而成。介绍了管装导体张力控制系统,分析了绞制过程中放线张力对结构参数控制及其绞制质量的影响,并通过技术改造实现了第1、2级子缆绞缆过程中的股线张力的实时、精准控制。在此基础上成功完成了一根长度为765mPF5型样缆的绞制,试制表明本张力控制系统可有效控制电缆导体绞制过程中张力大小,满足超导电缆的绞制的要求。     

10.5kV/1.5kA高温超导电缆绝缘设计及加工

正在研制的75m长10.5kV 1.5kA三相交流高温超导电缆将于2004年底挂网试运行。本文分析75m高温超导电缆的电场分布特点,介绍了该电缆的总体绝缘设计与加工及试验情况。在由超导电缆本体、中间连接及终端模型组成的同实际电缆外体结构一致的电缆集成体模型上,完成了终端及电缆中间连接的绝缘预加工并进行了耐压试验;15kV工频电压下电缆本体绝缘局部放电试验;以及电缆本体及模型电缆集成体绝缘通过了35kV工频耐压试验。     

高温超导电缆实时监测系统及试验

介绍了用于10米长10．5kV／1．5kA三相交流高温超导电缆的实时监测系统。该系统采用NI分布式测量模块和数字电压表,通过计算机采集数据,能够在高温超导电缆的预冷和长时间通电运行时实时监测超导电缆中超导体的温度和循环冷却液氮的压力,能够监测超导电缆的通电电流和超导体上的电压,可以完成交流损耗试验。测量结果为研究高温超导电缆性能与相关参数变化的关系、研究高温超导电缆运行的最优条件奠定了一定的基础。     

10kA高温超导电缆系统绝缘

为确定10kA直流高温超导电缆(10kA超导电缆)本体和测控系统绝缘水平,讨论了其本体结构特点和电场分布特点以及绝缘水平的影响因素;对Pt100型铂电阻温度传感器进行了耐压、耐流试验;构建了由模型电缆和模拟测控回路组成的系统并对其进行耐压试验。结果表明温度传感器在5kV情况下耐压情况良好,但较大电流容易导致其损坏;高压下普通密封转换端子外壳对温度传感器针脚放电并导致传感器损坏,需设计专用密封端子。研究认为10kA超导电缆本体绝缘设计需适当提高绝缘耐压水平,测控系统浮电位设计满足10kA超导电缆工作状态下的测控需要,但测控系统绝缘设计中需防止产生因高压产生的局部放电电流加载于测量回路,10kA超导电缆系统集成后进行的系统耐压测试表明其绝缘系统满足运行要求。     

悬浮电源功率与唤醒电流及绕组的关系

采用小型电流互感器对电子式电流互感器高压侧的电子电路进行供能是常采用的手段,为了既降低母线的唤醒电流,又能保证高压侧电路获得足够的能量,对电流互感器的最大输出功率、二次绕组匝数以及与母线电流的关系进行了理论分析和研究,并提出了基于极限范围的Simulink扫描法确定最佳的二次绕组匝数,实验结果表明该方法能够较快地估计最佳匝数使得取能电流互感器的输出功率最大.