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冷绝缘高温超导电缆运行稳定性相关基础问题研究
结题报告
批准号:
51207146
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
诸嘉慧
学科分类:
E0702.超导与电工材料
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
丘明、李振明、陈鑫、周卓楠、栗会峰
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中文摘要
高温超导电缆的稳定性能关系到整个超导输电系统的安全运行,是推进超导输电实用化进程的关键技术之一。本项目着眼于高温超导电缆在故障电流和低温系统故障运行条件下的稳定特性,以采用YBCO涂层导体的冷绝缘高温超导电缆多股并绕分层导体为基本支路单元,在对超导电缆稳定性影响因素及其相互关系充分研究的基础上,应用集总参数等效法建立高温超导电缆磁热稳定性分析数学模型。通过对超导电缆各个导电层在不同运行条件下的分流、热负荷暂态响应特性进行全面的理论和试验研究,从而获得超导电缆载流、失超和热负荷特征变化规律,为高温超导电缆稳定运行裕度设计和稳定化技术提供理论依据。本项目是将超导体磁热稳定性应用于超导电缆稳定裕度设计理论中的创新,通过稳定裕度判据能够提前发现并排除超导电缆输电中异常故障影响,提高超导电缆运行的可靠性,对推动高温超导电缆输电实用化具有重要的意义和作用。
英文摘要
The stability of high temperature superconducting (HTS) AC cable is very important for the safe operation of the superconducting power transmission system and it is also one of the key technologies for advancing the process of the practical use of HTS cable in power system. This research focuses on the stability characteristics of the HTS cable in the operating conditions of the fault current and cryogenic system failure. Considering HTS cable conductor layers as the basic branch units, a magnetic-thermo coupled stability mathematical model is first set up using the lumped parameter method to study the stable performance of a cold dielectric HTS cable with multi-strand around the layers of YBCO coated conductor. A comprehensive theoretical and experimental research of the current shunting, AC loss and temperature variation for the HTS cable in different operating condition is achieved by using this stability analysis model. The transient characteristics of current carrying, quench and heat load transfer in HTS cable are given and they can provide a theoretical basis for the security and stability margin design and for the stabilization technology of HTS cable. As a result, the abnormal activity of HTS cable can be found and eliminated in advance according to this safety margin. This research applied the magnetic-thermo coupled theory has proposed a novel stability analysis method which is helpful and meaningful to improve the operation reliability and promote the application of HTS cable in power transmission system.
冷绝缘高温超导电缆在电力系统输电运行中,不可避免地会受到故障电流的冲击或者低温系统故障。在故障持续时间内,超导电缆产生大量热量,导致温度升高,从而使超导电缆由超导态向正常态转变,对超导电缆载流性能产生影响。因此,冷绝缘高温超导电缆在故障工况下的稳定性能关系到整个超导输电系统的安全运行,是推进超导输电实用化进程的关键技术之一。应用集总参数等效法,建立冷绝缘高温超导电缆稳态和暂态运行等效支路模型与热传导模型,通过耦合电磁计算与传热分析模型,提出了冷绝缘高温超导电缆在故障电流冲击时的各层间电流瞬态分布解析算法和温度分布数值计算法。同时提出了超导电缆在低温系统发生最严重的停机故障下的安全运行时间。考虑超导电缆各层超导体在交变磁场下的临界电流退化率,建立了冷绝缘高温超导电缆交流损耗数值计算模型。应用YBCO涂层导体构造了一根0.3 m,110 kV/3 kA冷绝缘高温超导电缆样缆,并搭建25 kA@0-1s高温超导电缆大电流冲击试验平台,通过理论和试验研究,获得冷绝缘高温超导电缆在不同运行条件下的分流、交流损耗分布和热负荷暂态响应特性,创造性地提出冷绝缘高温超导电缆运行稳定裕度及安全运行区间的设计方法。最后,应用PSCAD/EMTDC软件,建立了冷绝缘高温超导电缆系统的暂态仿真模型,并将该超导电缆模型接入一个110 kV的三端环网式电力网络中,仿真模拟了超导电缆外部电磁暂态故障对超导电缆输电系统的影响。研究表明,(1) 在系统故障时间内,伴随温度逐渐上升冷绝缘高温超导电缆各个导体层电流呈下降趋势,各层的温度在92 K前后上升速率不再相同。(2) 铜骨架承受近96%的故障电流,分流作用明显。(3) 冷绝缘高温超导电缆的总交流损耗是否最小取决于超导电缆各层传输电流峰值与超导电缆临界电流的比值,但当比值较小,超导电缆层电流分布均匀时其交流损耗并非最小。(4) 通过调整各层节距改变磁场分布,使总交流损耗降到最小,提出使超导电缆在远离临界电流区间运行时降低交流损耗的新思路。(5) 冷绝缘高温超导电缆在并网运行时具有更大的短路容量,更有利于电网电压稳定和调节。研究成果为设计冷绝缘高温超导电缆的故障保护策略和并网应用方式提供了参考依据,对保障高温超导电缆的稳定运行具有实际指导意义。
期刊论文列表
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DOI:--
发表时间:2015
期刊:稀有金属材料与工程
影响因子:--
作者:申政;张宏杰;诸嘉慧;丘明
通讯作者:丘明
DOI:--
发表时间:2015
期刊:中国电机工程学报
影响因子:--
作者:刘伟;来小康;方进;袁炜嘉
通讯作者:袁炜嘉
DOI:10.1109/tasc.2013.2244156
发表时间:2013-01
期刊:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
影响因子:1.8
作者:Jiahui Zhu;Xuzheng Bao;Lijie Guo;Zhanjun Xia;M. Qiu;W. Yuan
通讯作者:Jiahui Zhu;Xuzheng Bao;Lijie Guo;Zhanjun Xia;M. Qiu;W. Yuan
DOI:10.1016/j.energy.2012.09.044
发表时间:2013-03
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Jiahui Zhu;M. Qiu;Wei Bin;Hongjie Zhang;X. Lai;W. Yuan
通讯作者:Jiahui Zhu;M. Qiu;Wei Bin;Hongjie Zhang;X. Lai;W. Yuan
DOI:--
发表时间:2013
期刊:储能科学与技术
影响因子:--
作者:丘明;诸嘉慧;魏斌;张宏杰
通讯作者:张宏杰
复合缆线高温超导限流器故障扰动下的动热稳定性研究
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