高温超导电缆监测与保护系统研制

摘要

本文从我国第一条高温超导电缆挂网工程的技术要求和实际情况出发，围绕高温超导电缆监测与保护系统展开研发工作。文中首先介绍了我国电力系统的发展状况，以及高温超导电缆的社会需求和技术优势，然后对国内外有关高温超导电缆的研究和应用现状以及存在的主要问题进行了分析和综述。高温超导电缆的失超检测和保护是超导电缆实用化过程中需要重点解决的关键技术问题之一。目前有关超导电缆的失超检测主要基于温度、压力、流速等非电气量参数，存在响应速度慢，难以对由于短路电流引发的失超故障进行有效保护的缺陷。针对上述问题，文中提出了一种基于超导电缆电流大小的三层式保护策略。该方法综合利用了电气量和非电气量在失超检测中的各自优势，且实现方便，易于工程应用。以三层式保护策略为基础，提出了一套完整的高温超导电缆监测与保护系统总体设计方案。文中系统介绍了总体方案的设计原则以及监测和保护功能的配置特点。由于超导电缆监测与保护系统功能丰富、数据处理和存储量较大，对硬件平台资源提出了更高要求。针对这一特点，系统采用了多CPU并行工作的分层式硬件结构。文中介绍了硬件系统的基本构成以及主要模板的设计特点和工作原理。下层机和上层机软件根据功能需求和硬件平台的不同采用了不同的设计方法，以兼顾监测和保护的不同应用要求。除可完成各类保护功能外，还可实现运行参数的在线监测、稳态数据和故障数据的记录与分析等。论文详细介绍了上、下层机软件的基本算法、软件流程以及具体实现技术。高温超导电缆监测与保护系统开发完成后，进行了全面的静态模拟测试和现场挂网试运行，论文介绍了静模试验的主要内容和试验结果，并对现场运行情况进行了说明。静模试验结果和现场运行情况表明，系统硬件可靠，功能齐全，性能优良，各项指标均达到了设计要求，取得了良好的运行效果。