高温超导电缆短路热力学动态特性研究

摘要

高温超导电缆具有传输功率大、电流密度高、损耗低和环境友好等优点。电缆运行过程中短路故障是不可避免的，因此短路情况下电缆的动态稳定性是高温超导电缆重要特性之一。本文对两根35 kV/1.2 kA、2.2 m长YBCO涂层导体绕制的冷绝缘高温超导导体模型进行短路冲击实验。实验在77.3 K的液氮环境进行，短路电流25 kA，时长2s。对电缆温升和恢复进行实验研究，与模拟仿真结果进行比较，实验值和仿真模拟值吻合得很好。短路冲击后，对超导电缆的临界电流进行复测，临界电流与短路冲击前相比没有退化，这说明电缆的设计是合理的，对超导电缆的设计和运行具有重要参考价值。
　　三相同轴超导电缆是一种新型的超导电缆，它与单相超导电缆相比有明显的优点，使用的超导带材少一半，交流损耗更小，并且没有杂散磁场。除此之外，因为一根三相同轴电缆具备了三根分离单相电缆的功能，且仅需要一个低温容器，占用的空间更小。本文参考单相超导电缆的设计方法设计出一根三相同轴超导电缆，包括，超导带材数量的确定、缠绕角度的确定和绝缘厚度的设计。得到三相同轴电缆的参数后，可以确定电缆周围的磁场分布情况，分解出横向分量和纵向分量，在此基础上采用Bean模型计算得到交流损耗。超导电缆较短时采用逆流冷却较为经济，较长时采用带有次级冷却站的逆流冷却较为经济。以电缆额定运行时的温度分布为初始值仿真模拟短路电流冲击时电缆温度分布，当故障电流被超导故障限流器限制为2倍额定电流时，电缆的短路温升不超过限值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 国外超导电缆研究现状

1．1．2 国内超导电缆研究现状

1．2 冷绝缘高温超导电缆短路稳定性研究现状

1．3 超导电缆动态稳定性研究

1．4 本文的主要研究内容

第2章 35 kV／1．2 kA冷绝缘高温超导电缆模型导体的动态稳定性分析

2．1 实验设计

2．1．1 实验电缆的参数

2．1．2 实验组装

2．1．3 电流与温度测量

2．2 温度上升及恢复仿真计算

2．2．1 温度上升

2．2．2 温度恢复

2．3 屏蔽层电流仿真计算

2．4 短路电流冲击后电缆退化分析

2．5 本章小结

第3章 10 kV／2 kA三相同轴冷绝缘高温超导电缆的设计

3．1 带材数量及排列方式的确定

3．2 绝缘材料的选择

3．3 绝缘厚度的确定

3．3．1 局部放电绝缘

3．3．2 交流耐受电压绝缘

3．3．3 冲击绝缘

3．4 带材缠绕角度和螺距的确定

3．5 本章小结

第4章 三相同轴超导电缆交流损耗的计算

4．1 冷绝缘高温超导电缆的交流损耗分析

4．1．1 磁场分布

4．1．2 磁滞损耗

4．1．3 介质损耗

4．2 本章小结

第5章 三相同轴超导电缆短路热力学动态稳定性研究

5．1 冷却模式的选择

5．1．1 逆流冷却模式

5．1．2 带有次级冷却站的逆流冷却模式

5．2 三相同轴超导电缆短路温升模拟计算

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢