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。     

超导变压器的基本特点和开发现状

介绍了超导变压器的基本特点和优越性能,阐述了超导变压器（包括低温超导、高温超导及特殊形式的超导变压器）的发展现状。     

高温超导输电电缆的现状与发展

超导输电电缆具有截流能力大、损耗低和体积小的优点,是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。文章概括介绍了高温超导电缆的结构、电缆的损耗、低温冷却系统,以及中国科学院电工研究所等单位研制的75 m长高温超导电缆。文中还简要提出了高温超导电缆的应用领域和前景。     

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。     

铁芯材料在低温下的磁性能的研究

本文研究了不同铁芯材料在低温下的磁性能和损耗特性。实验结果表明,在低温下,硅钢片和非晶合金材料的饱和磁感应强度和损耗比在常温下略有增加;非晶合金铁芯在液氮温度下的饱和磁感应强度和损耗亦比硅钢片低。该测试为超导变压器铁芯设计提供了依据。     

300 kV·A/25 000 V/860 V高温超导变压器漏磁场研究

高温超导变压器的漏磁场严重会影响绕组中的临界电流和交流损耗。由于超导材料磁化的各向异性,减小漏磁场径向分量显得尤其重要。利用ANSYS软件计算多种情况下超导变压器的磁场分布,研究了变压器的铁心结构、绕组形式、二次绕组不均匀气隙以及不同的一、二次绕组线圈高度等因素对漏磁场的影响。所得结论可供设计参考。     

二代高温超导电缆在电网中的应用前景

新能源变革背景下,超导输电技术将成为解决现有输电网络所面临挑战的主要方式之一。与传统电缆相比,超导电缆具有损耗低、容量大、重量轻、无火灾隐患和电磁污染等优点,为低损耗、大容量、高效率输电提供了有效途径。本文介绍了二代高温超导带材和电缆的基本结构及发展历程,结合目前的研究现状分析了二代高温超导电缆在输电系统中的应用前景。     

超导电力技术发展近况

采用超导电力技术,不仅可以大大提高单机容量和电网的输送容量,大大降低电网的损耗,而且还可以明显改善电能的质量、提高电力系统运行的性能。随着近年来高温超导材料所取得的进展,美国、日本、欧洲及我国都相继开展超导电力应用的研究,如高温超导故障限流器、高温超导输电电缆、高温超导变压器等,有的已经研制出样机并将投入实验和运行,以下分别作一下介绍。     

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。     

高温超导同步电机正在走向市场

1986年，瑞士的研究人员在国际上率先研发出了一种高温超导材料，拉开了国际竞相开发高温超导同步电机的序幕。因为较表1中所述的低温超导材料，利用该表所述高温超导材料来制造超导电机，不仅能够降低成本，而且可以简化设计，改善制冷系统及提高可靠性。而且，低温超导电机的已有可行性研究表明只有1,000MW以上的机组才具有竞争力。这两个因素使得除日本外的许多开发商取消了所有与低温超导电机有关的工作。     

Design study of a high‐temperature superconducting transformer

Many research and development projects on high‐temperature superconducting apparatus such as a transformer, fault current limiter, and cable are being actively pursued in the power field as a result of performance improvement of Bi silver sheath high‐temperature superconducting (HTS) wire. HTS transformers are considered to be among the most promising applications in view of efficiency improvement, the interface with cryogenic cable and normal temperature devices, incombustibility, overload capability, the function as a reactor, and the possibility of use as a fault current limiter. The necessary technical development items of an HTS transformer in order to achieve performance superior to conventional devices are examined. For this purpose, three‐phase 66‐kV 100‐MVA transformers were designed for the comparison of an HTS transformer and a conventional one with oil cooling. The desirable development items are an HTS wire current density of about 40 A/mm², an allowable winding strain of about 0.5%, a percent impedance of 7.5%, an air gap flux density of about 0.3 T, and AC losses of about 0.3 W/km‐A. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(1): 25–31, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10087     

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。     

高温超导变压器

高温超导变压器与常规变压器相比 ,具有体积小、重量轻、效率高、无火灾隐患、不污染环境和限制短路电流改善系统动态稳定性等诸多优点。阐述了欧洲、美国及日本等国家的高温超导变压器的研究现状、基本特点、优越性及研究中存在的技术问题等。并且讨论了高温超导变压器的设计原则和将来其投入电力系统运行时所需要进一步考虑的问题     

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。     

高温超导电缆及其低温绝缘研究现状

概述了世界上高温超导电缆的研究历史和现状,介绍了高温超导电缆本体的基本结构及绝缘要求,分析了高温超导电缆主绝缘的结构及存在的问题。针对高温超导电缆中使用的液氮和几种低温固体绝缘材料,分别介绍了其在低温环境下介电性能的相关研究进展。总结发现：液氮的击穿场强受到气泡和电极材料的影响;液氮下绝缘材料的直流击穿场强高于交流击穿场强;聚酰亚胺在液氮下的交直流击穿场强高于聚丙烯层压纸;低温会抑制环氧树脂中电树枝的生长。     

超导发电机的研究现状及发展前景

超导发电机因高功率密度等优点成为近年来的研究热点。根据超导材料按照温行分类的方法,把超导发电机分为低温超导发电机和高温超导发电机;总结了超导发电机的碍状,归纳了超导发电机的特点,介绍了超导发电机的几种拓扑结构,并对比研究了传统旋转电超导旋转电机,指出了现阶段超导发电机研究遇到的瓶颈问题;最后,对超导发电机的发展首行了描述。     

高温超导变压器高压绕组的绝缘设计和试验

为了研究630kVA/10.5kV三相高温超导变压器雷电冲击情况下的绝缘问题,设计研制了一台与630kVA超导变压器高压绕组1∶1的模型。导线采用与超导变压器所用高温超导Ag合金包套不锈钢加强Bi2223多芯带材同样尺寸的CuNi合金带材,导线以聚酰亚胺薄膜采用双半叠包工艺进行绝缘。高压绕组模型为多层圆筒式结构,层间置有层间绝缘和冷却通道。液氮温度77K下远高于国家规定的该电压等级标准(75kV)要求的155kV,雷电全波冲击试验、波过程的测量试验以及对波过程仿真计算的结果表明,测量结果和理论计算结果比较吻合,冲击电位分布接近线性,没有形成震荡,为630kVA/10.5kV高温超导变压器的成功研制提供了依据。     

Pressurizing and sub-cooling effects on electrical breakdown of LN2 in modeled HTS coils

Pressurizing and sub-cooling of liquid nitrogen are considered to have advantageous aspects in electrical insulation and the critical current in high temperature superconducting (HTS) coils. This paper deals with experimental studies on bubble behavior and partial breakdown (PBD) characteristics in a simulated electrode system of HTS coils immersed in pressurized liquid nitrogen, following our previous reports with saturated liquid nitrogen at atmospheric pressure. The tested electrode system consists of a coaxial coil layer to a cylindrical electrode with an insulation barrier and spacers. A heater is mounted inside the coil electrode to generate boiling which appears on quenched superconducting coils. Liquid nitrogen is pressurized to 0.2 MPa under constant temperature of ~77 K. The experimental results show that the partial discharge (PD) voltage is affected markedly by the bubble behavior which depends on the applied pressure to liquid nitrogen. Pressurization suppresses bubble growth in the insulation space and increases the inception voltage of PD. The charge quantity associated with a single PD at a given applied voltage increases with the applied pressure, and deterioration of solid insulation such as spacers and barriers is accelerated compared to that at atmospheric pressure if the PBD occurred