低温绝缘(CD)高温超导电缆屏蔽层电流对超导电缆导体和屏蔽电流分布的影响

文中首次提出低温绝缘(CD)高温超导电缆在屏蔽层通过与导体电流相等的反向电流条件下,屏蔽层自感、屏蔽层层间互感、屏蔽层与导体间互感的计算式,以及CD绝缘高温超导电缆屏蔽和导体电流均匀分布的设计计算方法。通过对几种典型的屏蔽和导体结构的CD绝缘高温超导电缆屏蔽电流和导体电流分布计算,分析研究屏蔽层电流对CD绝缘高温超导电缆的导体和屏蔽电流分布的影响,并推荐将文中提出的计算方法作为CD绝缘高温超导电缆导体和屏蔽结构的设计基础。完善的计算机程序已编制完成,可作为实际应用。

冷绝缘高温超导电缆用绝缘材料PPLP液氮浸渍击穿场强特性研究

在进行冷绝缘(Cold Dielectric,简称CD绝缘)高温超导电缆的结构设计的研究中,其绝缘材料(PPLP)在液氮浸渍下的击穿场强特性是重要参数之一。通过测试PPLP在液氮浸渍的不同压力下的击穿场强,得到PPLP在液氮下的击穿场强特性。

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。

110kV冷绝缘高温超导电缆在故障电流下的温度计算与分析

研究了110kV冷绝缘高温超导电缆失超时,故障电流的分流情况,并以此为依据,建立了电缆在故障电流下失超时,温升与时间关系的计算模型;通过MATLAB对计算模型进行了求解,并对求解结果进行了分析;计算出了电缆在不同故障电流下,温度上升到不同值所需要的时间,进一步明确了故障电流的大小对电缆温升的影响。

110kV冷绝缘高温超导电缆本体绝缘设计

对国内第一根基于YBCO涂层导体的110kV冷绝缘高温超导(CD HTS)电缆本体绝缘进行了设计。根据冷绝缘HTS电缆的结构特点,通过分析不同绝缘材料的介电特性,应用电场有限元数值分析模型和理论模型,计算了超导电缆本体电场分布,研究了超导电缆主绝缘厚度与局部放电起始场强的定量化关系,最后给出了110kV冷绝缘HTS电缆主绝缘材料与厚度的设计方案。

冷绝缘高温超导电缆电磁特性计算与分析

为了获得超导电缆电磁特性变化规律,针对冷绝缘高温超导电缆本体的基本结构,采用安培定律推导了超导电缆导体层和屏蔽层自感、互感的计算公式。通过110 kV冷绝缘超导电缆的实例计算,研究了超导电缆导体层、屏蔽层的内径、绕向角、绕制方向三个结构参数对电磁特性的影响,总结了电感参数变化规律。

不同载流运行下冷绝缘高温超导电缆的温度场数值分析

针对冷绝缘高温超导电缆(Cold Dielectric High Temperature Superconducting cable,CD HTS cable)在不同载流下的运行稳定性,采用有限元数值分析方法对超导电缆内部温度场进行准确计算和分析。根据超导电缆内部各层传热特征,建立基于ANSYS的CD HTS电缆有限元模型,给出正常载流及故障载流下超导电缆温度场分析传热边界条件,计算得到不同载流情况下超导电缆本体温度分布变化规律,从而为其通流能力影响下的运行稳定性分析提供参考依据,对超导电缆的故障保护具有一定的指导意义。

3kA冷绝缘高温超导电缆的设计和短路冲击试验

为验证接入系统的高温超导电缆的暂态特性,研制了220kV/3kA 1.5米冷绝缘高温超导模型电缆,并成功进行了短路电流为40.4kArms、持续时间为2s的短路冲击试验。文中详细阐述了起到支撑、液氮流通通道和保护作用的铜骨架的设计,超导电缆本体均流设计,并对该模型电缆进行了接入系统的短路冲击试验,试验表明,该超导电缆可满足220kV电网暂态冲击要求,验证了超导电缆本体和铜骨架设计的正确和合理性。

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 2000A低温绝缘高温超导电力电缆示范工程

2013年12月9日,中国首条冷绝缘高温超导电缆系统在宝山钢铁股份有限公司投入实际供电线路,为二炼钢电炉进行供电。该超导电缆系统额定容量为120 MVA(额定电压35 k V,额定电流2000 A),长度50 m,三相超导材料均采用AMSC提供的二代高温超导带材,超导电缆系统采用高端智能控制与通讯技术,实现了无人电站的远程化控制。

低温绝缘高温超导电缆PPLP绝缘绕包张力选择和计算

在低温绝缘高温超导电缆的制造中,聚丙烯复合纤维纸(PPLP)绝缘的绕包质量直接影响到电缆的电气性能,而绕包张力是其中关键因素。通过试验对比木纤维的高压电缆纸和PPLP的绕包,指出选定合适的绕包张力的重要性,并给出了绕包张力的计算方法。

10.5kV/1.5kA高温超导电缆绝缘设计及加工

正在研制的75m长10.5kV 1.5kA三相交流高温超导电缆将于2004年底挂网试运行。本文分析75m高温超导电缆的电场分布特点,介绍了该电缆的总体绝缘设计与加工及试验情况。在由超导电缆本体、中间连接及终端模型组成的同实际电缆外体结构一致的电缆集成体模型上,完成了终端及电缆中间连接的绝缘预加工并进行了耐压试验;15kV工频电压下电缆本体绝缘局部放电试验;以及电缆本体及模型电缆集成体绝缘通过了35kV工频耐压试验。

低温绝缘高温超导电缆电流分布研究

依照低温(CD)绝缘高温超导电缆电流分布的相关理论和计算模型,通过实验测试,分析研究了CD绝缘高温超导电缆的电流分布情况及其影响因素。提出了实现电流分布优化的计算算法,通过计算机编程,实现了超导电缆电流分布的快速计算和优化。

35kV 2000A冷绝缘高温超导电缆监控系统设计与开发

结合工程的实际情况,介绍冷绝缘高温超导电缆监控系统的设计和开发,采用了冗余备份技术和多种运行保障措施,从而有效提高系统可靠性。

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。

220 kV/3 kA冷绝缘高温超导电缆的轴向温度分布

对远距离输电高温超导电缆而言,液氮在电缆导体骨架与低温容器内如采用反向循环流动制冷方式会导致电缆两端温差过大,因此高温超导电缆应采用液氮同向流动的制冷方式。由于波纹管具有优良的机械强度与热补偿特性,使其在高温超导电缆中得到了广泛应用,它可以形成冷却超导体用的制冷液氮的流通通道。在高温超导电缆设计之前,有必要对液氮在波纹管中的流动特性进行研究。文章对波纹管通道内液氮流动的摩擦系数随雷诺数的变化规律进行了研究分析,得到了220 kV/3 kA高温超导电缆液氮流动产生的泵浦损耗值。在得到了高温超导电缆的各项损耗值之后,对高温超导电缆的温度分布进行了研究,并得到高温超导电缆温度分布方程以及温度分布规律曲线图。

冷绝缘高温超导电缆屏蔽层电流测量

根据短路冲击中冷绝缘高温超导电缆屏蔽层电流测量的实际需要,设计并制作了一种低温下使用的罗氏线圈,成功地实现了对屏蔽层电流的测量,并将屏蔽层电流与导体层电流进行了比较,比值约为80%。测量结果表明:罗氏线圈的测量准确度满足要求,且对上升时间较短(0.1 s)的大电流有很好的响应速度;但由于线圈未加积分装置,导体层电流与屏蔽层电流之间存在90°相位差。

35kV冷绝缘高温超导电缆的雷电冲击特性研究

为了优化35kV冷绝缘高超导交流电缆的绝缘设计,研究了聚丙烯层压纸(PPLP)在液氮环境中的绝缘特性,得到了它在液氮环境中的交流耐压绝缘强度和雷电冲击绝缘强度。根据实验结果和35kV纸绝缘电缆的国家标准,设计了35kV冷绝缘高超导交流电缆主绝缘、应力锥的形状、样品的长度并且绕制了该电缆的试验样品。最后对电缆样品进行了雷电冲击试验,样品通过试验验证,表明电缆的设计完全符合国家标准要求。

220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆电流引线设计

电流引线的最小漏热优化和电气绝缘设计是220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆终端设计的重要方面。为此,根据Weidemann-Franz定律分析了传导冷却方式下铜、铝材料电流引线的漏热情况,应用平均值法计算了最小漏热时铜、铝引线的长度、截面积、半径。结果表明,通过3kA电流时,截面积240mm2、长309.6mm铜引线和截面积400mm2、长308.0mm铝引线均满足最小漏热要求,单根引线每kA电流漏热分别为42.7 W和43.1 W。选用环氧树脂DW-3作为导体层电流引线的外部绝缘,制作样品进行了液氮环境下的工频击穿试验,得到了其击穿场强13kV/mm,推导了绝缘厚度和低温终端内半径的关系。结果表明,220kV低温终端内半径140mm,铜引线DW-3绝缘厚度22.0mm、铝引线DW-3绝缘厚度21.5mm均能够满足绝缘强度要求,并可与常规220kV室温终端配合。

超导屏蔽对低温绝缘超导电缆运行性状的影响

从理论上证明三相系统用低温绝缘(CD)高温超导电缆在屏蔽层互联和特定敷设条件下可以达到屏蔽电流与导体电流量值相等、相位相反,实现屏蔽处无磁场的理想运行状态。可以用于CD绝缘超导电缆的结构和CD绝缘超导电缆线路电气参数的确定。