氢电混输直流超导电缆研究进展及安全设计研究

超导氢电混合旨在实现液氢清洁能源和超导电力能源共同输运,不仅可以节约冷却成本,同时可以提升超导电缆通流能力,是实现超导电力大规模应用的有效技术手段。阐述了氢电混输直流超导电缆研究进展,对超导电缆在液氢环境下的混输结构设计方法进行了研究,并给出了安全设计原则与应急预案,为氢电混输直流超导电缆优化设计提供了参考。

长距离室温绝缘超导直流电缆的热损耗分析

以中国科学院电工研究所研制的360m/10kA高温超导直流电缆为原型,分析了长距离应用场景下的室温绝缘高温超导直流电缆的杜瓦管道、电缆终端、通电导体和制冷工质等部位的热损耗特性并计算了其数值,讨论了长距离应用下对热损耗的特别考虑,给出所拟模型电缆的单位长度热损耗为1.3W/m,提出了将电缆本体和终端进行分别制冷的策略。分析计算结果是长距离应用室温绝缘高温超导直流电缆的热力学-流体力学特性分析、热负荷管理和低温制冷站配置工作的重要参考。

高温超导直流电缆最大冷却长度的影响因素

明确决定高温超导直流电缆最大制冷距离的因素是进行电缆系统参数配置的基础问题。本文建立了顺流制冷方式下制冷系统的热力学-流体力学物理模型,用解析的方法研究了在电缆及其制冷系统稳态情况下的外部热损耗、流量等因素单个作用时分别对电缆最大制冷长度的影响。结果表明外部热损耗和制冷距离呈负相关关系;仅在一定范围内制冷距离随流量增大而延长;内外流换热效果对制冷距离影响不大;在一定流量下增大壁面粗糙度会减小制冷距离且流量越大粗糙度的增加对制冷长度的减小效果越明显;一定范围内增大内杜瓦管半径能延长制冷距离。本文对结果产生的原因做了解释并指出了结论对工程实践的意义,本文的分析方法和结论对于长距离应用的高温超导直流电缆系统配置有参考价值。

氦气冷却的MgB_2超导直流电缆本体热分析

清华大学、剑桥大学和麻省理工学院正在合作研制氦气制冷的MgB2超导直流电缆。针对此超导电缆本体结构,建立了简化热分析模型,求出了电缆的漏热量和氦气的轴向温度分布,并对氦气的进口温度、质量流率进行了优化分析;最后,利用FLUENT软件对整个电缆内流动和传热过程进行了2D建模和数值仿真;仿真结果和简化模型计算结果非常吻合,表明了简化分析模型可用于该类型超导电缆的热分析和热设计。

双极冷绝缘高温超导直流电缆导体设计

直流输电中线路上的纹波电流会在输电过程中产生交流损耗,考虑到这一点,提出了一种可以用于双极直流输电系统的冷绝缘高温超导直流电缆导体的设计原则。实际设计了一个运行电流为3kA的模型,并与按照均流设计的冷绝缘高温直流电缆的在不同纹波电流幅值下交流损耗做了对比。发现这种设计原则下,从运行损耗,节省空间和对环境的影响方面,相对于常规的直流电缆有着不可比拟的优势。

超导直流输电技术发展现状与趋势

超导直流输电技术是实现大规模电力远距离输送的潜在解决方案之一,近年来得到了较快发展。介绍了超导直流输电技术的优越性,介绍了近年来国内外超导直流输电电缆直流断路器和超导直流限流器的研发现状和示范工程,分析了超导输电技术的发展和趋势,并提出了相应的发展建议。

铋系高温超导直流电缆的研制

6m长、2 0 0 0A的铋系高温超导直流电缆在中国科学院电工研究所研制并试验成功 .电缆的导体由 8层共2 38根Bi- 2 2 2 3 Ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成 ,导体的内径为 41 5mm ,导体层间绝缘 ,导体层外侧有低温电绝缘 .电缆芯的外径为 48mm ,它安装在低温容器内 ,并与两个终端相连 .电缆的直流耐压大于 2 5kV .在液氮下的实验表明 ,电缆的临界电流为 2 480A(1μV cm判据 ) ,n值为 7 7,接头总电阻为 0 1μΩ ,均超过设计指标 .在 1h传输 2kA电流的运行中 ,电缆的传输特性稳定 .经 4次热循环 ,电缆的临界电流没有降低 .

过电流状态下超导直流电缆温度分布与电流分布

针对处于过电流状态的单液氮流道超导直流电缆和双液氮流道超导直流电缆,在MATLAB中建立超导电缆在过电流状态下的YBCO层、金属层和铜骨架的并联电阻模型。同时在COMSOL中建立固体传热模型,通过程序调用实现COMSOL和MATLAB的联合仿真,计算出电流分布和温度分布。在COMSOL中建立流固共轭传热模型,利用联合仿真的数据计算两种结构的电缆在不同电流下的温度分布,并分析铜骨架半径和液氮流速对电缆温度分布的影响。

高温超导直流电缆系统设计及漏热分析

近年来,高温超导技术研究在输配电领域取得了显著的进展,超导电缆应用技术成为其重点发展方向。其中,冷却系统的设计是保证超导电缆输配电系统稳定运行的关键技术。针对一套高温超导直流电缆系统中的终端恒温器、电流引线和超导电缆本体等关键部件进行了漏热分析,并通过理论计算和有限元仿真,对高温超导电缆系统的热负荷进行了评估,为该系统可靠运行提供了保障。

10 kV双极同轴高温超导直流电缆低温绝缘特性研究

本文对10 kV冷绝缘正负极同轴直流高温超导电缆的低温绝缘特性进行了研究。聚丙烯层压纸PPLP是冷绝缘高温超导电缆常用的绝缘材料,首先对PPLP开展了液氮下的击穿实验研究,通过三参数Weibull分布对实验数据进行拟合,得到了PPLP的直流耐压、雷电冲击耐压绝缘强度。以此为基础,对10 kV双极同轴高温超导直流电缆的本体绝缘进行设计,制作了1 m长的模型电缆样品,最后按照国家标准要求,对电缆样品进行了耐压试验测试,验证了绝缘设计的合理性。

100kV直流高温超导电缆终端应力锥设计

本文提出了一种新的单直线应力锥设计方法,根据PPLP材料的绝缘特性,结合超导电缆的本体尺寸和设计电压,给出了增饶绝缘厚度和应力锥轴向长度的设计数据,其中增饶绝缘厚度为3.5 mm,应力锥轴向长度为38.5 mm,并对单直线应力锥进行电场数值分析,结果表明,所设计的单直线应力锥满足100 kV直流高温超导电缆运行要求。

纵向磁场效应下超导DC电缆临界电流测试分析

为验证纵向磁场(Longitudinal Magnetic Field,LMF)效应对提升超导直流电缆临界电流的有效性,本文采用YBCO超导带材设计并制作了LMF超导电缆和常规超导电缆短样,通过四引线法对电缆导体开展了导体层、屏蔽层、导体层和屏蔽层反向串联直流临界电流测试实验。结果表明:与常规超导电缆相比,LMF超导电缆的单层临界电流和总临界电流分别增加8.8%和18%。因此,LMF设计可有效提升电缆载流能力。

高温超导直流能源管道电磁仿真分析

高温超导直流电缆具有高电流密度、低损耗的优势,将液化天然气作为超导电缆的冷却液,可以实现电力与能源的一体化输送,提高传输效率的同时降低综合成本。因此,高温超导直流能源管道技术具有广阔的应用前景,其导体结构设计是相应过程中至关重要的问题。针对100 kV/1 kA高温超导直流能源管道导体部分建立三维电磁模型,对比单极性直线结构与螺旋结构、同轴双极性直线结构与螺旋结构在电流动态变化下的导体内部电流分布,研究导体螺旋结构对电流分布均匀性的影响。