基于MgB2高温超导材料的吉瓦级远程直流输电研究

本文主要探究以具有成本效益和环保特性的新型高温超导材料(MgB_2)作为直流输电电缆,以液氢作为冷却剂,实现吉瓦级远程直流输电的可能性。首先分析超导直流输电的必要性及其优势,说明超导直流输电的基本模型,然后介绍MgB_2超导电缆和液氢制冷系统,接着阐述基于十二脉动换流器的直流输电控制策略。最后使用PSCAD软件完成超导直流输电系统仿真,在相同传输条件下进行MgB_2高温超导电缆和传统电缆的线路功率损耗比较,证明了超导直流输电系统具有线路损耗低,容量不受限制的优点,为MgB_2高温超导材料在超导直流输电领域的开发设计提供初步依据。     

21世纪电力传输新材料高温超导电缆综述与展望

本文简要回顾了超导现象的发现及超导性研究和超导材料发展的历史 ,介绍了高温超导电缆的基本技术和国内外发展情况 ,对高温超导电缆的制造成本和运行费用进行了评估 ,并探讨了高温超导电缆在我国的应用前景 ,同时展望了高温超导电缆的应用给未来的输电系统可能带来的革命性变化     

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.     

超导电网战略

超导电缆就是采用高温超导材料制作的电缆,它具有输电过程中能量损耗低、输送容量大、体积小、电磁污染少的四大优点,在相同截面下,输电能力是常规电缆的3倍～5倍。超导电缆是     

35kV 2000A低温绝缘高温超导电力电缆示范工程

2013年12月9日,中国首条冷绝缘高温超导电缆系统在宝山钢铁股份有限公司投入实际供电线路,为二炼钢电炉进行供电。该超导电缆系统额定容量为120 MVA(额定电压35 k V,额定电流2000 A),长度50 m,三相超导材料均采用AMSC提供的二代高温超导带材,超导电缆系统采用高端智能控制与通讯技术,实现了无人电站的远程化控制。     

科技信息

75m三相高温超导电缆调试并网深圳市沃尔核材股份有限公司参与研制的国家“863”重大项目———75米三相交流高温超导电缆,在甘肃白银市顺利完成检测和调试,并成功并网。据了解,高温超导电缆采用无阻、可传输高电流密度的超导材料作为导电体,能传输大电流,可实现低损耗、高效率、大容量输电。目前,国际上高温超导电缆也仅处于研发和试验阶段,尚没有工业化生产和商业运行。专家称,此次研制的75米高温超导电缆,完全由国内科研单位和企业自主研发,集中了国内超导技术、电缆绝缘和制造技术的优势力量。检测表明,该技术成果大大降低了超导电缆的…     

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。     

应用第2代高温超导体的冷绝缘超导电缆输电导体层间均流技术

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kV/3kA等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。     

高温超导:推动电力工业革命

高温超导的巨大价值高温超导在电力工业领域有很好的应用前景。用超导材料制成的高温超导电缆在直径相同的情况下 ,比一般电缆输电能力高出 3～ 5倍 ,而功率损耗仅为常规电缆的 30 %～4 0 %。但由于技术上的局限性 ,迄今 ,超导材料还需要在 -196℃的低温环境下才能发挥作用。发     

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。     

海底超导电缆交流损耗的抗损伤特性研究

海上新能源发电的快速发展急需大容量高效率的海上电力传输网络与之匹配。为促进海底超导电缆的发展,需要研究局部损伤对超导电缆的影响,尤其是对其损耗特性的影响。这关系到损伤是否会导致损耗骤升而冷却系统无法及时排出多余热量,进而导致低温平衡被破坏,超导电缆无法继续工作,甚至发生进一步大范围损伤。基于陆上超导电缆建立了包含单层到多层电缆的物理模型,并使用有限元方法分析电缆的电流分布、内部磁场分布和输电损耗。通过比较损伤前后电缆损耗特性的变化,分析并总结得出了最适宜用于海底输电的超导电缆结构。结果表明,在单根带材损伤的情况下,一层和二层电缆的损耗大幅度提升,而六层电缆的损耗不到5%。因此六层电缆较为适应海底环境。     

高温超导电缆在城市地下输电系统应用的可行性研究

大城市有可能最先采用商业化运行高温超导电缆 ,用于城市地下交流输电系统。其主要应用目标是用于地下电缆工程改造 ,利用现有排管以高温超导电缆取代现有的常导电缆 ,增加地下电缆传输容量以及采用高温超导电缆将巨大电能 (1GVA以上 )输入到城市负荷中心。采用常导电力电缆传输 1GVA以上的电能进入中心城区 ,输电电压一般要求为 5 0 0 k V。在城市中心区不可能建设 5 0 0 k V变电站。 5 0 0 k V电缆线路所需的 5 0 0 k V大长度电缆和相应附件 ,目前尚未研制开发。采用高温超导电缆将有可能降低输电电压等级 ,可以采用 2 2 0 k V高温超导电缆将 1GVA以上的电能输入到城市负荷中心 ,满足特大型城市负荷中心供电需求。采用 110 k V高温超导电缆 ,亦有可能传输 1GVA左右电能。本文通过对交流高温超导电缆系列设计计算对额定电压 35 k V、110 k V、2 2 0 k V的高温超导电缆 ,按不同传输电流 (或传输容量 ) ,以高温超导电缆的传输效率 (损耗与传输容量比 )、高温超导电缆外径限值和超导导体绕制结构限制条件 ,确定高温超导电缆适用性界定条件 ,提出城市地下输电、配电系统用高温超导电缆可行方案。     

Iron Losses in Cable Supports and Members of Tunnels Adjacent to Large Power Transmission Cables

Iron losses in cable supports and members of tunnels in large power transmission were measured and analyzed by arranging cables in various configurations in tunnels of actual size and about 10 m long in order to study iron losses which come from cable supports and members of tunnels adjacent to large power transmission cables installed in tunnels. Cable supports used in the study were typically made of square hollow steel pipe and L-bar. A box culvert tunnel, a steel segment tunnel and a reinforced concrete segment tunnel, which are widely used as tunnels for large power transmission cables, were prepared for the measurement. Theoretical expressions for qualitatively evaluating iron losses in various cable supports and members of tunnels were derived, and their validity was confirmed by experiments.     

Magnetic instability of ac multifilamentary superconductors in spatially distributed magnetic field

Alternating current (ac) superconducting machines such as superconducting generators, transformers, or resistive current limiters need large‐current‐capacity conductors. These conductors are generally fabricated as multistrand cables stacked with multifilamentary NbTi superconductors whose current capacity is a few tens of amperes. ac quench current degradation has often been observed in ac use of such multistrand cables. Several reasons for this degradation have been pointed out: nonuniformity of each strand current, mechanical disturbances, thermomagnetic instability, and ac losses. However, it has not as yet been overcome. Since the angle between the strand axis and the cable axis changes along the cable axis in multistrand cables, the strands are exposed to a spatially (axially) distributed magnetic field, which has longitudinal and transverse components changing periodically due to multiple cabling. This paper mainly discusses the thermomagnetic instability due to the distributed transverse magnetic field, which was compared with the self‐field instability and the longitudinal field instability experimentally and theoretically. It was confirmed that the ac quench current degradation due to the distributed transverse field could be induced by the following: nonlinear E–j characteristic, strong dependence of E–j characteristic on magnetic field in low field region, uniformity of the axial current profile inside the superconductor with the high resistive matrix, and the poor thermal diffusion of CuNi/NbTi composites. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 131(1): 45–55, 2000     

Stabilization for thermomagnetic instability of CuNi/NbTi superconducting wire in spatially distributed magnetic field

Thermomagnetic instability in superconducting wires composing multistrand cables is a problem in the development of cables with large current capacity. This paper elucidates the quenching properties of ac superconducting wires in a distributed magnetic field applied to the strands in the cable, and the stabilization of the ac superconducting wires considering the effect of the longitudinal magnetic field or the fraction of copper embedded in each strand. First, the degradation of the quench current of CuNi/NbTi superconducting wires in a distributed magnetic field is exhibited with simple test samples. Second, the quench properties of the strand in a (6 + 1)³ cable and the optimal twist pitch of the cable for high stabilization are discussed. Last, the effect of copper on the quench properties of the strand and the appropriate fraction of copper for suppression of quench current degradation in a distributed magnetic field are discussed. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(4): 26–34, 2001     

超导输电技术在电网中的应用

超导输电技术在提高线路输送能力、优化电网结构、降低网损、减少设备用地等方面有着明显优势,本文重点介绍了高温超导电缆及其输电技术的国内外研究现状和一些电网应用实例,总结了目前技术发展的主要特征,结合技术经济性分析展望其应用前景,围绕规模化应用探讨了今后技术研发的重点。