冷絕緣高溫超導電纜的穩(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，不僅可能損壞超導電纜本體，甚至嚴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)定性研究成為超導電纜關鍵技術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)冷絕緣高溫超導電纜的結構，建立了超導電纜在穩(wěn)態(tài)運行時的等效電路模型，并基于數(shù)學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。應用解析法計算了冷絕緣高溫超導電纜的穩(wěn)態(tài)徑向溫度分布，為了驗證模型的正確性，應用ANSYS有限元軟件對冷絕緣高溫超導電纜的穩(wěn)態(tài)徑向溫度分布進行仿真，二者結果吻合。分析了層電流分布對超導電纜穩(wěn)態(tài)運行性能的影

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

4、例計算分析了超導電纜暫態(tài)時的電流和溫度分布，得出了超導電纜暫態(tài)時電流和溫度分布的相互影響、磁‐熱耦合的關系。分析了影響超導電纜暫態(tài)穩(wěn)定性的因素，并根據(jù)工程設計目標給出了超導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