基于稳定性CICC设计模型

根据CICC运行在大电流和快变磁场中的要求,提出了基于稳定性、质量流和交流损耗机理的导体数值模拟设计思想,结合能量(稳定性)裕度、stekly参数、温度裕度和空间电流密度等计算方法,推导了CICC结构设计参数矩阵方程,构建了导体仿真设计数学模型,开展了导体模拟设计研究,并由交流损耗对CICC结构进行了校核.将仿真设计结...     

HT-7U管内电缆导体稳定性的仿真与实验研究

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor, CICC)是目前大型超导磁体的首选导体,它在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为了减小导体的成本,提出超导股线和铜股线混合在一起的结构,因为增加铜比对导体稳定有利,该文制作了4个带有纯铜股线的管内电缆导体,并应用于HT-7U超导托克马克中。利用一维数学模型(Gandalf)对托克马克实际运行模式下CICC的稳定性进行仿真,研究了CICC的稳定性裕度与质量流速率、磁场、运行电流和铜比之间的关系。同时,将理论结果和实验结果进行比较,得到了样品中分离铜的有效比率。     

国际核聚变装置用超导电缆绞缆技术优化研究

国际热核聚变实验堆计划是目前我国参与的最大的国际合作项目,CICC(Cable-In-Conduit Conductors)导体具有较低的交流损耗,是核聚变装置的首选导体.介绍了CICC导体的结构及其绞缆试制过程,确定了CICC导体绞缆工艺技术路线.多次绞缆试制表明,第五级子缆的绞制加工尤其是外径控制是整个CICC导体...     

管内电缆导体绞缆序列比对耦合损耗作用的优化计算

建造中的国际热核试验堆以及国内准备建设的聚变工程实验堆上的管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC),将运行在快速励磁的大电流复杂磁场中,这使得中心螺线管线圈(central solenoid,CS)上的CICC导体会受到约12 T磁场的冲击。因此,现有的CICC已采用铌三锡(Nb3Sn)导体,Nb3Sn导体应变敏感性不仅导致电缆临界性能的退化,而且导体中各级绞缆扭距序列对耦合损耗影响很大。为此,对目前ITER项目建议的CS磁体上多种导体的绞缆结构,开展了不同扭距序列对耦合损耗作用的探索。研究分析显示:扭距长度不是决定多级绞缆CICC导体耦合损耗数量大小的唯一因素;当导体中各级绞缆的扭距序列比接近1时,耦合损耗会极大减小。测试数据与数值模拟结果对比分析表明:通过合理选择扭距序列比可以优化计算CICC导体的耦合损耗。     

运行温度对 NbTi 管内电缆导体瞬态稳定性的影响实验研究与分析

在SULTAN测试设备上进行了含分离铜股线NbTiCICC在不同温度裕皮下的瞬态稳定性的实验研究，应用脉冲场对样品的高场区的中心段(长度是390mm)进行感应加热，发现设计的含分离铜股线CICC有很强的抗磁扰动能力，该文分析了这个现象的原因，研究了股线上的运行温度对稳定性的影响并对3个CICC导体进行稳定性差异分析，通过理论计算，对理论计算值和实验测量值进行了比较，为HT-7U纵场和极向场NbTi CICC的运行温度的选择提供实验依据。     

CFETR极向场磁体CICC导体稳定性与交流损耗分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是超导托卡马克装置,其极向场(PF)磁体对控制等离子体位置形状起重要作用。PF系统能否稳定运行主要取决于管内电缆导体(CICC)的稳定性。为确保PF系统稳定运行,应用数值模拟计算程序Gandalf对CFETR PF磁体CICC进行了稳定性分析,给出了机械和电磁扰动下其稳定性裕度、最小失超能量、温度裕度的计算结果以及分流温度随工作电流和磁场强度变化的规律和失超特性。此外,交流损耗为影响导体稳定性的重要因素,对导体交流损耗进行了计算,并研究了其对导体稳定性的影响。分析结果表明CFETR极向场磁体的导体目前的设计能够充分满足安全裕度的要求。     

管内电缆导体传输交流损耗的理论计算和实验

交流损耗是大型超导核聚变实验装置如国际热核聚变实验堆和中国聚变工程实验堆稳定性的重要指标。然而应用于核聚变装置的管内电缆导体(CICC)在无外场下传输损耗数值计算很少。首先分析基于分布参数等效电路方法对CICC的N根股线的电流进行描述和分析;之后算出整个导体的电流分布,从而求出导体的传输电流损耗;同时,将数值计算结果与临界态模型结果作对比,以验证该计算模型的可行性;提出改进的CICC交流损耗测量方法,为国内下一步测试CICC及其线圈奠定了实验基础;最后,提出适用于单根圆股线的定标法则,为计算CICC的传输电流损耗奠定理论基础。     

基于流固耦合模型的永磁耦合器导体铜盘散热研究

针对永磁耦合器在运行时导体铜盘侧产热较大而使装置无法正常工作的问题,提出一种能够有效提高导体铜盘散热能力的结构。首先,基于流固耦合数学模型和传热学理论方程,通过有限元仿真计算了不同转差及不同气隙长度下的永磁耦合器的导体铜盘温度分布,并将仿真结果与试验测试结果进行对比,验证了仿真计算方法的准确性。其次,针对导体铜盘温升过高,热量无法导出的问题,提出一种在端盖外侧添加导风散热片的结构,并仿真分析不同形状的散热片对散热效果的影响。最后,仿真分析了导风散热片的高度、厚度以及数量对导体铜盘温升的影响,进而得到导风散热片设计参数的最优区间,为永磁耦合器的风冷散热结构设计提供了科学依据。     

应变下Nb3Sn基CICC温度分布变化模型

分流温度和温度裕度是管内电缆导体(CICC)稳定运行的关键因素,为应对10T以上的磁场冲击,国际热核聚变反应堆ITER装置上的CS和TF等已采用铌三锡(Nb3Sn)导体,但缺乏应变效应对分流温度和温度裕度分布影响的研究。本文根据在SULTAN对TF样品分流温度和温度裕度的测量数据,首先在无应变下,对由分流温度和温度裕度的改善使得TFCN导体的稳定性得到提高进行分析。然后用周期载荷模拟应变,在600周期和1000周期时,分析CICC分流温度和温度裕度的恶化情况。最后由假设条件,推理并获得分流温度随周期载荷变化的双对数分布模型,该模型能很好描述TFCN导体样品中由周期载荷导致的弯曲应变所产生的性能降级情况。     

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。     

经全张力预绞丝修补的架空导线断裂机理分析

架空线路由于运行环境复杂易受损伤,在工程实际中通常采用全张力预绞丝对受损导线进行修补。对于长期运行的老化导线,导线修补部位具有较高的断线风险,威胁电网的安全稳定运行;因此,有必要对经全张力预绞丝修补的导线断裂机理进行分析。外层预绞丝端口与过渡段是经全张力预绞丝修补导线的2种特殊结构,为了减少仿真计算量,仅基于这2种结构建立三维电磁场仿真模型。通过改变导电桥的材料属性,分别模拟新导线、老化导线与外层预绞丝之间不同的接触状态,对比分析新导线、老化导线的电流密度分布差异。利用仿真计算结果分析经全张力预绞丝修补的老化导线断裂机理,并结合实际断线事故进行验证。研究结果表明:相较于新导线,经全张力预绞丝修补的老化导线的电流主要流通路径由外层导线预绞丝转变为过渡段钢芯,高电流密度使得过渡段及其附近的钢芯发热严重,在轴向拉力的作用下容易发生断裂。     

P波段磁绝缘线振荡器的实验设计

针对国内外对<1GHz的P波段磁绝缘线振荡器(MILO)研究较少的状况,用2.5维全电磁PIC法对工作在P波段的负载限制型MILO进行了粒子模拟和实验设计。典型粒子模拟的结果为:在二极管电压540kV、电子束流56kA的情况下,输出微波中心频率640MHz,功率约5.17GW,束波转换效率17%。实验设计主要为器件与实验室现有加速器匹配、辐射系统及器件工程设计。利用高频场模拟软件完成的器件辐射系统具有横电磁模(TEM)到横磁模(TM01)的模式转换、辐射波导和空间的匹配辐射、内导体的机械支撑及内外导体的金属连接等功能,且辐射系统的效率>95%。参考粒子模拟结果和辐射系统设计完成了对P波段负载限制型MILO器件的工程设计。研究结果对今后开展P波段MILO的实验研究有一定参考意义。     

柔性直流输电系统用直流交联聚乙烯绝缘电缆导体最高温度提高到90℃的可行性

以实际直流交联聚乙烯(DC XLPE)电缆工程设计示例,表明将柔性直流输电(VSC)系统用DC XLPE电缆的导体的最高运行温度提高到90℃,其技术经济效果显著。按DC XLPE电缆抑制空间电荷要求,阐明DC XLPE电缆绝缘的直流恒定电流电场中空间电荷密度与绝缘温度梯度和XLPE绝缘的体积电阻率的温度系数成正比而与导体最高温度不直接相关。通过合理的DC XLPE电缆工程设计和正确选用DC XLPE电缆,可以在提高DC XLPE电缆传输功率和减小绝缘温差抑制空间电荷方面取得优化结果。320 kV及以下XLPE电缆在导体最高温度90℃下运行,绝缘损耗远低于导体损耗,DC XLPE电缆发生热不稳定的可能性很低。对VSC系统用DC XLPE电缆导体运行温度提高到90℃的可行性表示肯定的意见,对实现目标提出具体的措施建议。     

悬浮导体感应电压的估算及对策

直流线路下方悬浮导体将产生一定的感应电压,人体接触时可能会受到暂态电击。为估算该电压,采用基于Deutsch假设的数值计算方法获得了直流线路下合成电场,并采用模拟电荷法获得线下标称场下悬浮细导体电位,然后从工程简化角度出发,利用标称场下的悬浮细导体电位与电位比例系数相乘,得到了估算合成场下的导体感应电位的方法。最后提出了降低悬浮导体感应电压的措施。     

一种求解架空输电线路单端覆冰下不平衡张力的方法

采用简支梁理论与"等线长法"模型,提供了一种求解架空线路单端覆冰下不平衡张力的方法,与现有技术相比,提出了连续档单端覆冰下档距变化量Δlk的计算公式。通过与ANSYS软件数值仿真结果对比,该文方法能准确计算出电线单端覆冰情况下的不平衡张力及形态分布。文章还分析了覆冰故障实例,运用该文方法的计算结果与现场情况基本吻合,且导线脱冰、地线单端覆冰下导地线最小接近距离小于现有规范要求值,在大高差的线路设计中,应校验此种情况下的间距。该文计算方法既能满足工程精度的要求,又能形成简便实用的计算程序,适用于工程实际计算,用于指导塔头的设计,提高线路抗冰能力。