35-110kV高温超导电缆终端低温恒温器热负荷分析

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kV电压等级、额定电流交流2 000A的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300W;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。

高温超导电缆终端恒温器研制

高温超导电缆终端恒温器是高温超导电缆终端系统的重要组成部分,其长期可靠稳定的运行将为整个系统的良好运转奠定坚实基础。文中对成功研制的高温超导电缆终端恒温器进行了详细介绍,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等。试验表明,高温超导电缆终端恒温器结构设计合理、操作方便;大口径可拆法兰低温真空压力环境下的密封技术得到突破、密封性能良好;低温液体输送管道承插密封结构设计新颖、满足工作要求。热负荷的分析与计算为高温超导电缆制冷系统所需冷量的确定提供了依据,同时也为终端恒温器的进一步优化指明了方向。

基于高温超导电缆终端的应力锥结构设计

对35kV高温超导电缆终端应力锥进行优化设计。以各层极板长度,半径,绝缘材料介电常数等作为优化变量,以各层极板之间的电压降相等作为优化目标,采用动态惯性权重因子的改进粒子群算法对高温超导电缆终端应力锥电气参数优化设计。应用matlab软件实现应力锥优化设计算法,通过循环迭代得到应力锥最优极值。

高温超导电缆终端预制式应力锥的设计与分析

高温超导电缆终端是高温超导电缆系统的重要组成部分。借鉴常规电缆终端预制式应力锥的设计理论,结合高温超导带材的特殊工作特性,选用耐低温的绝缘材料,对高温超导电缆终端预制式应力锥进行设计。运用有限元分析软件ANSYS对设计的高温超导电缆终端预制式应力锥进行建模和仿真计算,得到终端处的电场和电位分布,并将仿真结果和理论计算结果进行对比分析,验证设计的可行性,为进一步的研究奠定了基础。

高温超导电缆终端预制式应力锥缺陷的研究分析

高温超导电缆终端是连接超导电缆和常规电缆的重要组成部分。其中应力锥作为改善电场分布的终端元件之一,具有无可替代的功用。但应力锥在生产过程中,不可避免的会产生一些缺陷,导致电缆终端电场集中,产生放电或烧毁电缆。文中针对高温超导电缆终端应力锥可能出现的各种缺陷进行建模与分析,运用有限元分析软件ANSYS对其进行仿真,得到电缆终端的电场和电位分布。为进一步研究应力锥的设计奠定基础。

10kA高温超导电缆系统绝缘

为确定10kA直流高温超导电缆(10kA超导电缆)本体和测控系统绝缘水平,讨论了其本体结构特点和电场分布特点以及绝缘水平的影响因素;对Pt100型铂电阻温度传感器进行了耐压、耐流试验;构建了由模型电缆和模拟测控回路组成的系统并对其进行耐压试验。结果表明温度传感器在5kV情况下耐压情况良好,但较大电流容易导致其损坏;高压下普通密封转换端子外壳对温度传感器针脚放电并导致传感器损坏,需设计专用密封端子。研究认为10kA超导电缆本体绝缘设计需适当提高绝缘耐压水平,测控系统浮电位设计满足10kA超导电缆工作状态下的测控需要,但测控系统绝缘设计中需防止产生因高压产生的局部放电电流加载于测量回路,10kA超导电缆系统集成后进行的系统耐压测试表明其绝缘系统满足运行要求。

35kV超导电缆终端电流引线的绕包型绝缘设计

目前电流引线大多采用挤包型绝缘结构,为改进引线绝缘性能,提出对35kV超导电缆终端电流引线采用绕包型绝缘结构设计。选择了一种在低温条件下仍具有较好电气性能和机械性能的聚丙烯层压纸(LPP)对电流引线进行绕包,并等间距地加入铝箔作为电容屏以改善电流引线的电场分布。通过计算和仿真分析可知,加入4层铝箔对绝缘层电场分布的改善效果最为显著。电气性能测试表明该35kV电流引线完全符合电气性能要求。该绕包型绝缘设计的特点为:绝缘层可以骤冷,且不会遇低温开裂;改善了轴向与径向电场和绝缘层的抗电老化性能,提高了绝缘层的击穿电压。