Current Sharing Technology in Transmission Conductors of Cold Dielectric High Temperature Superconducting Cables Using Second-generation HTS Wires

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。

故障电流冲击下高温超导电缆磁–热耦合特性数值计算与分析

冷绝缘高温超导(cold dielectric high temperature superconducting,CD HTS)电缆在电力系统输电运行中,不可避免地会受到故障电流的冲击。在故障持续时间内,超导电缆产生大量热量,导致温度升高,从而使超导电缆由超导态向正常态转变,对超导电缆载流性能产生影响。通过建立故障电流下超导电缆等效电路模型与热传导模型,提出了超导电缆在故障电流冲击时的各层电流瞬态分布解析算法,通过耦合电磁计算与传热分析模型,提出了超导电缆故障电流冲击下的温度分布数值计算法。最后,对110 k V/3 k A冷绝缘高温超导电缆在25 k A、持续3 s故障电流冲击时的电流分布和温度分布情况进行了计算分析。结果表明:在故障时间内,伴随导体层温度逐渐上升,各个导体层电流呈下降趋势,各层的温度在92 K前后上升速率不再相同,铜骨架承受近96%的故障电流,分流作用明显。分析结果为设计故障电流冲击下超导电缆的故障保护策略提供了参考依据,对保障超导电缆的稳定运行具有指导意义。

冷绝缘高温超导电缆用绝缘材料PPLP在液氮中拉伸状态下的冲击绝缘击穿强度

对聚丙烯复合纤维纸(PPLP)在液氮中拉伸状态下的冲击绝缘击穿强度进行了实验研究,用韦伯概率分布的方法进行数据处理,得出不同拉伸应力下0.1%击穿概率的冲击绝缘击穿强度。根据实验结果,结合相关的设计方法,对110 kV冷绝缘高温超导电缆本体用PPLP绕包时的绕包厚度和绕包层数进行了设计。

35kV/1.0kA冷绝缘高温超导电缆温度分布

针对35 kV/1.0 kA单相冷绝缘高温超导电缆及以液氮为低温冷却介质的单通道循环冷却系统,研究超导电缆轴向和径向温度分布。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程。通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时超导电缆的轴向和径向温度分布,为超导电缆低温系统的设计与优化提供了重要的参考价值。