高溫超導(dǎo)電纜保護理論與技術(shù)研究.pdf

1、近年來隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力需求急劇增長，特別是迅猛發(fā)展的大城市和城市密集居住地區(qū)，對電能輸送提出了新的要求?，F(xiàn)有輸電線路傳輸容量已不能滿足日益增長的負(fù)荷需求，線路損耗難以降低，輸電通道占地面積大，已形成大容量電能傳輸?shù)摹捌款i”。為解決這一難題，迫切需要新的傳輸導(dǎo)體來擔(dān)此重任。超導(dǎo)技術(shù)和電力技術(shù)的結(jié)晶-具有零電阻特性的高溫超導(dǎo)電纜具有傳輸容量大、損耗小、靈活性高、占地空間小、無污染等顯著優(yōu)點，是解決電能傳輸“瓶頸”的較好選擇。

2、高溫超導(dǎo)電纜的繼電保護與運行狀態(tài)在線監(jiān)測是保證超導(dǎo)電纜運行安全的重要手段，也是高溫超導(dǎo)電纜實用化過程中需要重點解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。因此，高溫超導(dǎo)電纜保護理論與實現(xiàn)技術(shù)的研究具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。 論文介紹了超導(dǎo)技術(shù)和高溫超導(dǎo)線材的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了高溫超導(dǎo)電纜的技術(shù)特點及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，針對高溫超導(dǎo)電纜的研究現(xiàn)狀進行了綜述，并對高溫超導(dǎo)電纜失超檢測與保護、高溫超導(dǎo)電纜繼電保護技術(shù)和監(jiān)控裝置的發(fā)展?fàn)顩r進行了討論，在此基

3、礎(chǔ)上闡明了本文研究解決的主要問題和工作方向。 高溫超導(dǎo)電纜在過電流、冷卻系統(tǒng)故障、本體故障等各種異常運行工況下，其溫度可能發(fā)生較大變化，進而危及超導(dǎo)電纜的正常運行。論文根據(jù)高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)特點，建立了高溫超導(dǎo)電纜本體溫度分布計算模型，在不同邊界條件下分析了其穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的溫度變化情況，為進一步研究高溫超導(dǎo)電纜失超保護奠定了理論分析基礎(chǔ)。 高溫超導(dǎo)電纜的失超保護是超導(dǎo)電纜實用化進程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。產(chǎn)生超導(dǎo)失超現(xiàn)象

4、的機理復(fù)雜，涉及到的問題很多，其中，短路電流引發(fā)的失超故障將對超導(dǎo)電纜的安全運行構(gòu)成極大威脅，也是失超保護研究的難點。論文重點就短路電流與超導(dǎo)電纜溫升之間的變化關(guān)系進行了深入的理論研究，提出了基于不同電流大小的高溫超導(dǎo)電纜綜合保護方案以及具體實現(xiàn)方法。上述研究為失超保護的工程應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。 高溫超導(dǎo)電纜與傳統(tǒng)電力電纜不同，外部短路故障產(chǎn)生的過電流可能導(dǎo)致高溫超導(dǎo)電纜由于短時失超而被切除。鑒于高溫超導(dǎo)電纜輸送容量大，為了提高

5、其供電可靠性和整個電網(wǎng)并列運行的穩(wěn)定性，有必要增設(shè)自動重合閘裝置。論文闡述了高溫超導(dǎo)電纜自動重合閘的設(shè)計原則，提出了一種基于超導(dǎo)電纜溫升的自適應(yīng)式重合閘配置方案和實現(xiàn)方法，通過仿真計算，驗證了所提方案的有效性。 高溫超導(dǎo)電纜的電氣參數(shù)計算是進行保護配置方案分析的重要基礎(chǔ)，對相關(guān)研究也具有重要的參考價值。論文以昆明普吉變電站高溫超導(dǎo)電纜為例，對其主要電氣參數(shù)電感和電容等進行了分析計算，并與現(xiàn)場實際測量值進行了對比校核，驗證了計算方

6、法的正確性。在此基礎(chǔ)上，對高溫超導(dǎo)電纜的短路暫態(tài)過程進行了仿真研究，并與常規(guī)電纜線路的故障暫態(tài)特性進行了分析比較。 與架空線路和常規(guī)電力電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜電阻很小、分布電容較大，會對保護特性造成影響，在高溫超導(dǎo)電纜保護配置中必須加以考慮。論文建立了基于分布參數(shù)的高溫超導(dǎo)電纜線路模型，提出了高溫超導(dǎo)電纜分相電流差動保護方案，討論了將架空線路差動保護中的電流補償方案直接應(yīng)用于高溫超導(dǎo)電纜的可行性，并對無電容電流補償、電容電流半補