高温超导电缆监测与保护系统的研究

摘要

近年来，电力系统规模不断扩大，传输容量大幅提高，对电力系统的安全运行提出了新的更高的要求。随着高温超导技术的不断发展，高温超导电力装置在电力系统中的应用将会越来越广泛，其中，由于高温超导电缆具有传输容量大、运行损耗低、占地空间紧凑、对环境污染小等显著优势，超导电缆输电技术极有可能率先在电力系统中实现大规模的工程应用。
　　超导体只有满足特定条件才呈现出超导态，一旦任意一个特征参量超出其临界值，超导体将会产生很高的电阻，即失超现象。高温超导电缆失超故障的检测和保护是超导电缆实用化过程中需要亟需解决的关键技术难题之一。引起超导体失超故障的机理复杂，涉及到的问题很多，其中，由过电流引起的失超故障对超导电缆的安全运行影响最为严重，是超导电缆失超保护研究的重点和难点。目前国内外应用于超导体失超检测的方法主要有基于温度、压力、流量等非电气量参数，这些方法存在的突出问题是非电气量信号变化缓慢，难以及时有效地反映出故障情况，当流过超导电缆过电流较大时，由失超产生的焦耳热将使超导电缆运行温度急剧上升，严重情况下会造成超导电缆不可恢复的损坏。
　　针对上述问题，本文首先分析了可能应用于超导电缆失超故障检测的电气量方法，并进行了适当的改进。通过建立超导电缆矩阵方程，对不同类型的失超故障进行了仿真分析，比较各失超检测方法的有效性。
　　高温超导电缆通流能力强，输送容量大，为了保证电力系统的稳定运行，不易频繁地将其从电力系统中切除。本文提出了基于不同电流水平的分层式失超保护方案。
　　最后，本文介绍了高温超导电缆监测系统总体实现方案，在LabVIEW开发环境下，编写了监测系统程序，实现对各监测参量的采集、处理、显示以及数据库保存等功能，并通过超导带材特性试验对该监测系统部分功能进行了试验验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 高温超导技术研究现状

1．2．1 高温超导材料的研究现状

1．2．2 高温超导电缆的工程应用现状

1．2．3 超导电缆保护理论研究现状

1．3 本文的主要工作

2 高温超导电缆失超检测方法的研究

2．1 超导电缆失超机理分析

2．2 超导电缆失超检测方法

2．3 超导电缆失超过程分析

2．3．1 超导电缆正常运行时电流分布

2．3．2 超导电缆局部失超计算

2．3．3 超导电缆故障电流下失超计算

2．4 电气量失超检测方法的有效性分析

2．5 本章小结

3 高温超导电缆失超保护方案的研究

3．1 高温超导电缆失超保护的要求

3．2 过流故障下温升的仿真计算

3．3 超导电缆失超保护策略

3．3．1 分层式保护策略

3．3．2 极限温度的确定

3．3．3 无时限动作电流i2的整定

3．4 本章小结

4 高温超导电缆监测系统设计

4．1 高温超导电缆监测参数分析

4．2 监测参数测量实现方法

4．2．1 温度

4．2．2 流量

4．2．3 压力

4．2．4 电流

4．3 采样数据处理算法

4．3．1 平均值算法

4．3．2 傅氏算法

4．3．3 相关函数法求取相位差

4．4 基于虚拟仪器技术的高温超导电缆监测系统设计

4．4．1 虚拟仪器技术简介

4．4．2 监测系统硬件组成

4．5 监测系统软件设计

4．5．1 生产者-消费者模式

4．5．2 数据采集子Ⅵ

4．5．3 DataSocket技术

4．5．4 数据保存至数据库

4．5．5 历史数据查询功能

4．6 本章小结

5 超导带材失超特性试验

5．1 试验内容及实现方法

5．2 参数测量位置选择

5．3 试验信号采集方案设计

5．3．1 直流试验硬件组成

5．3．2 交流试验硬件组成

5．4 试验结果分析

5．4．1 直流临界电流测量试验

5．4．2 失超传播试验

5．4．3 过电流试验

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步展望

参考文献

作者简历

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