高温超导带材的失超传播特性研究

对Bi-2223／Ag高温超导多芯带材在失超传播过程中的电压特性和温度特性进行了研究。测量了在液氮保护冷气氛(77K)环境下，零背景磁场时Bi-2223／Ag超导多芯带的纵向失超传播速度与传输电流的关系，并得到最小传播电流。同时采用有限元方法(finite elment method，简称。FEM)模拟出超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为。另外，比较了在相同传输电流、不同猝灭(失超)能量下的失超传播特性。这对高温超导体磁体及电力系统中的应用有着重要的实际意义。     

热扰动冲击下的高温超导电缆失超恢复特性

高温超导(HTS)电缆在运行过程中,不可避免会遇到热扰动冲击,当热扰动能量足够大时会引起高温超导电缆的局部失超,并沿着电缆轴向传播.该文通过建立等效电路模型和一维传热模型,实现电场和温度场的耦合求解,得到高温超导电缆在热扰动冲击下的失超恢复特性,并考虑热流脉冲和液氮流速对电缆失超恢复过程的影响.结果表明:当热扰动能量低...     

非均匀高温超导带材对CORC电缆失超特性的影响研究

高温超导CORC(conductor on round core)电缆失超时的热负荷严重威胁了低温系统和电缆本体的安全稳定运行。受微米级超导薄膜制备工艺等的影响,CORC电缆并绕的多根高温超导带材不均匀。为分析不均匀临界电流对CORC电缆失超特性的影响,该文搭建了基于三维TA方程的有限元模型。以降维的带材曲面为求解区域,以等效的电流密度为求解变量,失超模型在同一几何中表达超导和常导两种属性,构建电流和电势两种约束。在导体域建立降维的热模型,用以考虑损耗和传热的影响;在全局建立等效的电路模型,用以控制并联导体的分流。进一步地,耦合模型考虑温度依赖的接头电阻以模拟CORC电缆带材的烧断和电流的突变。结果表明,非均匀高温超导带材影响了电流重分配的动态响应,加快了局部失超的发展过程。     

基于第二代高温超导带材的超导限流电缆限流特性研究

本文基于第二代高温超导带材的结构及特性,提出一种高温超导故障限流电缆的概念.该电缆使用不锈钢加强的第二代超导带材,并以不锈钢丝绞线作为骨架.通过对带材超导态下低电阻和失超时高电阻特点的利用,实现超导限流电缆的限流特性.本文在实验研究不锈钢带材的失超电阻及限流特性的基础上,对限流电缆进行结构设计并制作了限流样缆.通过对电...     

基于国产YBCO带材的高温超导发电机的研制

随着可再生能源工业的发展对发电机技术提出更高容量和更大功率密度的需求,高温超导发电机在海上风力发电机领域有着广阔的应用前景。中国科学院电工研究所与上海电气集团上海电机厂有限公司合作研究高温超导发电机技术并研制基于国产YBCO带材的500 kW高温超导发电机原理样机。500 kW高温超导发电机为首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。目前,超导发电机已经完成研制工作并进行满负荷运行测试,电机运行良好,各项指标依据国标测试达到预期值。该文着重介绍500 kW高温超导发电机系统的研制工作,其中包括国产YBCO带材和9%Ni低温导磁钢的电磁特性研究,超导励磁绕组的优化设计和研制,同时介绍500 kW高温超导发电机的系统级测试工作,包括空载特性、负载特性、满载效率,并给出相应实验测试结果。     

面向实用化的第二代高温超导带材研究进展

自20世纪80年代钇钡铜氧化合物被发现具有超导电性以来,它受到了世界范围内研究者的广泛关注。该材料具有高不可逆场、高超导转变温度、高临界电流密度等本征物理优势。这种材料以薄膜外延沉积在织构柔性金属基带上,被称为第二代高温超导带材。近年来,国内外数家科研机构和公司解决了生产公里级超导带材的技术瓶颈,已能够批量生产第二代高温超导带材,极大地推动了超导示范工程的开展。此外,超导带材用户单位也从应用角度向超导带材性能提出新的要求,拉动了超导带材材料的发展。本文结合国内外二代超导带材发展的主要趋势,重点介绍面向实用化第二代高温超导带材研发取得的主要进展。     

基于第二代高温超导带材的高载流超导导体研究进展

由于其高临界电流密度以及优越的机械性能和电磁特性,第二代高温超导带材(也叫涂层导体)在高温低场的电力传输和低温高场下的磁体应用具有广阔的应用前景。在电力传输的低场应用中,高温超导导体在低电压大容量场合需要几千安培甚至上万安培的传输电流。在大型高场磁体应用方面,为了避免由于过高电感在磁体失超和快速关断过程中的感应高压问题,大载流容量、高电流密度高温超导导体在运行于4.2K及以下温度的大型高场超导磁体方面具有很好的应用前景。近年来,基于第二代高温超导带材,国际上相继提出了几种高载流容量的高温超导导体,本文介绍几种高温超导导体的结构及研发现状和进展,并对其结构、性能和工艺进行简单的比较和评述。     

高温超导带材在磁场环境下的角度依赖性研究

高温超导带材在应用过程中往往处于磁场环境中,此时带材的临界电流受磁场的强度及方向影响会出现不同程度的衰减.为研究高温超导带材在磁场环境下的角度依赖性,本文选取了美国超导(AMSC)、韩国苏南(SuNAM)、上海超导和苏州新材料研究所等国内外超导带材厂商生产的几种典型高温超导带材进行测试.文中介绍了实验方法、实验样品及实...     

我国自主研发百米级第二代高温超导带材

上海交通大学1月23日宣布,该校历时3年,采用独特的技术路线,成功研发一整套具有我国自主知识产权的百米级第二代高温超导带材,实现了国内超导带材领域的新突破。     

高温超导电缆失超保护方法研究

高温超导输电技术能大容量输送电能,一旦发生电气故障会对电力系统产生很大影响,所以必须快速检测到故障并在短时间内切除故障。高温超导电缆的输送容量比较大,线路阻尼系数比较小,且失超过程中电阻值是变化的,220kV系统的时间常数一般小于60ms,而500kV系统的时间常数在80～200ms之间,系统时间常数越大,导致短路电流非周期分量的衰减时间加长,短路电流的暂态持续时间加长,本文研究的超导电缆     

点状热干扰源诱导的准各向同性高温超导股线失超特性

第二代高温超导带材因其较高的临界电流密度以及良好的机械特性,近年来在超导研究领域得到极大关注.由REBCO带材组成的高温超导导体在液氮温度下的零电阻特性使其在超导输电领域具有巨大的潜力.从安全角度看,高温超导导体的失超保护研究是其获得广泛应用的一个关键.该文建立了准各向同性超导股线的三维失超仿真模型,耦合了电场、磁场和温度场,模拟了不同运行电流以及不同点状热干扰能量下超导股线的失超行为,求解出股线的温度、电流密度以及磁场分布,得到了准各向同性高温超导股线的最小失超能(MQE)以及失超传播速度(QPV),对超导装置的失超保护具有重要意义.该文对准各向同性超导股线建立的三维失超模型,也可以应用到其他结构的高温超导导体的失超研究中.     

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。     

0～3.5 T直流背景磁场下第二代高温超导带材临界电流各向异性测试与分析

为掌握第二代(2G)高温超导(HTS)带材在0～3.5 T直流背景磁场下的临界电流(Ic)和n值变化趋势,构造和应用了一种新型分裂背场磁体系统,通过测试分析获得了背景磁场对Ic和n值的影响规律.采用4.2 K运行温度、两个同轴分裂的NbTi线圈构成的超导磁体和样品保持器来改变背景磁场的大小和角度(0～3.5 T、0～9...     

高温超导线圈的性能研究与应用进展

以铜基氧化物超导体为代表的高温超导材料,在液氮温度下将呈现特殊的超导性。使用铜基氧化物超导带材制作的高温超导超导线圈,具备无电阻、高载流、低重量等优势,因此在强磁体、限流器、储能、电机等领域得到广泛应用。由于超导线圈处于“力-电-磁”的复杂工作环境,需要对其机械性能、交流损耗、失超等进行研究。为此,本文综述和分析了高温超导线圈的研究和应用进展。     

基于直流超导限流器的超导带材实验研究

为进一步认识直流超导限流器中超导带材在直流短路电流下的超导特性及失超电阻的建立规律,对超导带材进行了直流电流冲击实验,测量了冲击电流作用下带材的失超电阻特性,得出了单位长度超导带材失超电阻与其产热量具有固定的函数关系。以此建立了长度可变的超导带材电阻及温升仿真模型,分析了超导带材发生不可逆损伤的原因,并实验验证该模型的可靠性。基于该模型,对5 kV混合型超导限流器中超导组件进行了设计,此方法对其他超导限流器的设计也具有较强的指导意义。     

高温超导磁通切换电机励磁线圈电磁力计算

针对高温超导磁通切换电机中交变的电枢反应磁场使得高温超导励磁线圈产生形变,致使高温超导励磁线圈发生物理性损坏,影响电机安全稳定运行这一问题,以静密封高温超导磁通切换电机为例,对其高温超导励磁线圈的匝间电磁力进行了研究.基于超导线圈分离模型,在计及迈斯纳效应和趋肤效应的条件下,提出了一种高温超导磁通切换电机中跑道型超导线...     

高温超导直线感应电机的优化设计

详细讨论了高温超导直线感应电机的结构设计和初级绕组排列方式,给出了高温超导带材临界电流和背景磁场的关系曲线。采用Maxwell有限元电磁分析软件对高温超导直线感应电机进行了详细的电磁分析,并对初级绕组匝数、初级铁心槽高和初级铁心槽宽等关键参数进行了参数扫描和优化,分析了它们对电机电磁力、初级槽漏磁通和电机临界电流的影响,提出了高温超导直线感应电机的优化设计方法。根据得到的高温超导直线感应电机优化设计参数制造了一台完全相同的铜绕组实验样机,测试了样机在不同电流和速度下的推力,对比相同条件下得到的有限元电磁仿真结果,可以得到一个修正推力仿真结果的系数,这个系数对研究不同电机参数的电机推力很有意义。     

高温超导磁悬浮系统可控特性研究

本文利用实验装置研究高温超导磁体在磁悬浮系统中应用的可能性。通过一个简单的高温超导磁悬浮实验系统,证明了以高温超导线材(Bi系)绕制的磁体可以实现稳定的悬浮控制。同时,通过合理的控制器设计,闭环系统可以实现很强的对负载变化的鲁棒性。这些都为高温超导线材在磁悬浮系统中的应用打下了基础。     

超细化煤粉燃烧特性的研究

超缰化煤粉燃烧是一种新兴的煤粉燃烧方式。它与常规煤粉燃烧方式相比有稳燃效果好,燃烧效率高、低ＮＯＸ污染以及综合经济性高等优点。本文采用由德国ＥＮＴＺＳＣＨ公司生产的ＳＴＡ４０９Ｃ型热天平,在温升速度均为２０℃／ｍｉｎ、试验煤样的质量基本相同以及其它试验条件相同的情况下,对合山煤、晋城煤各四种不同粒径煤样进行了燃烧特性分析。试验结果煤粉经过超细化后,其燃烧特性有明显的改善。