超导限流器低温内绝缘问题研究

摘要

随着高温超导材料的发现与快速发展,超导技术在电力方面的应用越来越受到重视。和传统电力设备相比,诸如超导限流器、超导变压器、超导电缆等超导电力设备有着很大的优越性。对于超导限流器,往往大规模商业化应用需要高电压等级的设备,由于使用液氮作为超导材料的冷却媒介,制冷以及绝缘方面的技术难题极大制约了设备的发展。低温环境下的绝缘问题始终是制约超导限流器向更高电压等级发展的瓶颈,因此在液氮低温环境下设备绝缘问题的研究十分重要,对超导限流器的设计、确保其运行和发生故障时的安全及可靠性有着重要意义。
　　超导限流器的低温绝缘问题主要包括内绝缘与外绝缘两个方面,内绝缘主要指设备内部液氮环境中的绝缘问题,外绝缘主要是出线套管的绝缘问题。本文对超导限流器内绝缘的问题进行研究,主要完成了以下工作:
　　(1)设计了模拟失超时产生气泡的装置,通过试验获得液氮工频击穿电压,研究了气泡对于液氮绝缘能力的影响。试验采用铜球电极产生的稍不均匀电场研究了液氮基本击穿强度与电极间距和气泡量的关系和变化规律。
　　(2)设计液氮中闪络试验装置,试验研究了不同电极情况下G10材料在液氮中的沿面闪络特性及绝缘击穿强度。在试验同时通过使用有限元仿真软件COMSOL搭建仿真模型,获得理论电场分布,很好地帮助解释了所得的试验结果。
　　(3)根据上海交通大学220 kV超导限流器概念设计实际模块结构中U型压接块及带材之间可能存在的问题,设计试验装置对U型电极进行了局部放电及沿面闪络测试,确保单个模块压接块间可靠绝缘距离,同时搭建仿真模型验证试验结果正确性;另外设计了U型电极和带材电极以研究气泡对实际结构绝缘能力的影响。
　　试验及仿真结果表明气泡会明显降低液氮绝缘强度,G10材料有着优良的绝缘性能,试验获得了不同电极结构下的液氮击穿强度、G10沿面绝缘性能数据,最终的结果与结论将为220 kV超导限流器绝缘的设计提供依据,保证设备运行的可靠性及安全性,同时可应用于设计合适的绝缘距离以避免设备过于庞大。

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第一章 绪论

1.1超导技术介绍

1.2超导限流器介绍

1.3绝缘问题研究目的及意义

1.4论文主要内容及章节安排

第二章 超导限流器结构及绝缘问题

2.1 10 kV电阻型超导限流器

2.2 220 kV超导限流器概念设计介绍

2.3本章小结

第三章 气泡对液氮基本绝缘特性影响试验研究

3.1液氮基本性质

3.2实验设备介绍

3.3试验结果与分析

3.4模型仿真

3.5本章小结

第四章 液氮环境中G10的基本沿面闪络及绝缘特性

4.1 G10材料介绍

4.2试验介绍

4.3结果与分析

4.4 G10板绝缘击穿强度

4.5本章小结

第五章 限流器设计结构的绝缘特性研究

5.1 U型压接块局部放电试验

5.2 U型压接块闪络击穿试验

5.3 U型压接块电极击穿试验

5.4不同结构带材电极击穿试验

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2工作展望

参考文献

致谢

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