冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜的穩(wěn)定性研究.pdf

1、與常規(guī)電力電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜的輸電容量了提高3～5倍，同時傳輸損耗降低10倍以上，具有損耗小、傳輸容量大、重量輕、體積小、無火災(zāi)隱患和電磁輻射污染等常規(guī)電力電纜無法比擬的優(yōu)點，為高效率、大容量、低損耗輸電提供了有效途徑。由于超導(dǎo)電纜送電容量大，一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定性故障，不僅可能損壞超導(dǎo)電纜本體，甚至嚴(yán)重影響其供電可靠性乃至整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，穩(wěn)定性研究成為超導(dǎo)電纜關(guān)鍵技術(shù)研究中不可缺少的一部分。
　　本為針對1km長、11

2、0 kV/3kA、采用YBCO帶材繞制的冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性進行了研究。根據(jù)冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)，建立了超導(dǎo)電纜在穩(wěn)態(tài)運行時的等效電路模型，并基于數(shù)學(xué)模型給出了計算各層電流分布的方法，并對各層的自感和互感進行了計算。應(yīng)用解析法計算了冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜的穩(wěn)態(tài)徑向溫度分布，為了驗證模型的正確性，應(yīng)用ANSYS有限元軟件對冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜的穩(wěn)態(tài)徑向溫度分布進行仿真，二者結(jié)果吻合。分析了層電流分布對超導(dǎo)電纜穩(wěn)態(tài)運行性能的影

3、響，結(jié)果表明層電流均勻分布不僅可以提高超導(dǎo)電纜的載流能力而且可以有效降低超導(dǎo)電纜的穩(wěn)態(tài)運行溫度，從而提高了超導(dǎo)電纜的穩(wěn)定性。
　　根據(jù)超導(dǎo)電纜的暫態(tài)運行特性，建立了超導(dǎo)電纜的暫態(tài)等效電路模型，根據(jù)超導(dǎo)電纜暫態(tài)運行時的溫度，將超導(dǎo)電纜暫態(tài)時的各層電流分布分為兩種情況計算：I>Ic、TIc、T≥Tc，應(yīng)用絕熱模型給出了超導(dǎo)電纜骨架和導(dǎo)體層暫態(tài)溫度的計算方法，應(yīng)用-維暫態(tài)傳熱模型給出了超導(dǎo)電纜屏蔽層暫態(tài)溫度的計算方法。通過實

4、例計算分析了超導(dǎo)電纜暫態(tài)時的電流和溫度分布，得出了超導(dǎo)電纜暫態(tài)時電流和溫度分布的相互影響、磁‐熱耦合的關(guān)系。分析了影響超導(dǎo)電纜暫態(tài)穩(wěn)定性的因素，并根據(jù)工程設(shè)計目標(biāo)給出了超導(dǎo)電纜能承受的故障電流和故障時間范圍。
　　對兩種不同的YBCO超導(dǎo)帶材的臨界電流特性進行了測試，分析了背景磁場強度、背景磁場方向、和交直流背景磁場對臨近電流的影響。對超導(dǎo)電纜的穩(wěn)態(tài)性能進行了測試，對測得的各層電流相位、電流幅值和運行溫度進行了分析，并與理論值進行