east全超導托卡馬克核聚變實驗裝置有一對縱場磁體電流引線和12對極向場線圈電流引線,額定電流為14.5～16.3ka,在第二輪裝置工程調試中5對高溫超導電流引線投入運行.這些電流引線的高溫超導段系傳導冷卻,上端用79k液氮冷卻,下端由4.5k超臨界氦流迫冷;銅電流引線段采用氮蒸汽冷卻.運行參數表明高溫超導電流引線具顯著的節冷效益.本文介紹這些電流引線的運行工況和安裝前的接收試驗結果.

根據iter電流引線的要求,設計和試驗了分別由全鈹銅(be2%cu)、全不銹鋼(ss)和二元金屬(becu/ss)三種不同類型分流器制作的68ka電流引線的1/90試件。研究了超導段各組件的性能,詳細討論了失冷故障實驗結果。結果表明,對比全鈹銅和全不銹鋼分流器,二元分流器制作的超導模件更能夠提高安全性以及減小冷端漏熱,滿足iter高安全性和低熱負荷的要求。

電流引線是室溫電源電纜與低溫磁體之間的電連接部件.高溫超導材料在液氮溫度下具有零電阻率和低熱導率的特性,用它做成的電流引線可以大大減小低溫系統的熱負荷,從而減少制冷設備投資及系統運行費.高溫超導電流引線可以分為阻性換熱器段和高溫超導段兩部分(其中還包括各部件間的連接部分).高溫超導段的分流器設計關系到冷端熱負荷大小以及超導段失超后的安全問題.為了研究國際熱核聚變試驗堆(iter)電流引線高安全性能,專門設計、試驗了68ka引線的1/90實驗樣品.本文通過對比全cube(cu-2%be)分流器、全不銹鋼分流器和二元分流器的失冷故障(lofa)實驗結果,證明二元分流器能夠克服安全性和冷端漏熱矛盾,可以滿足iter高安全性的要求.

在無限長堆疊帶材模型的基礎上對高溫超導電流引線的交流損耗建立了新的計算模型,即正十二邊形骨架計算模型。由于正十二邊形對稱性,通過建立合適的坐標系,對坐標進行旋轉即可求出每堆帶材處的磁場。使用matlab編程計算并得出一系列電流下的交流損耗值,通過將所得數據繪成圖形,比較了不同電流下穿透深度及交流損耗的大小。然后搭建實驗平臺,測量了不同頻率下電流引線的交流損耗,并將理論與實驗對比,得到較好的一致性。

為itercc10ka高溫超導電流引線服務的低溫性能測試裝置已研制完成,并成功運行。其低溫系統主要由500w/4.5k氦制冷機,真空杜瓦,低溫組件(低溫閥門,過冷槽,管道加熱器,熱防護層),汽化器及低溫傳輸管線等部分組成。本文對真空杜瓦和過冷槽進行設計,并討論該低溫系統的冷卻流程方案,最后通過電流引線10ka穩態實驗結果對低溫系統的運行效果進行分析,結果表明該低溫系統運行穩定,能滿足itercc電流引線的測試需要。

大電流高溫超導電線材料

系統描述了20ka、5米長高溫超導電流母線本體的繞制、焊接及實驗。超導母線本體設計采用成熟的均流技術設計,在自主開發的專用繞線機上進行繞制。超導線采用bi2223/ag多芯不銹鋼加強帶材。在超導帶材與端部焊接過程中采用新的焊接技術,保證了超導性能不退化和減小接觸電阻。對繞制的超導母線本體進行了直流實驗。實驗結果表明,兩端端部接觸電阻小于10nω,超導母線的臨界電流大于32ka,滿足設計指標要求。

住友電氣大電流高溫超導電線材料制成

日本住友電氣工業公司最近開發出可通大電流的實用性較強的高溫超導電線材料。在電阻為零的狀態下,這種材料所能通過的電流密度為銅線的350倍,堪稱世界之最。

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當高溫超導失超后其電流由分流器承載,分流器材料的選擇將影響電流引線冷端熱負荷和運行費用。本文通過不同金屬材料物性的對比計算,尋找最佳的分流器材料,使得iter巨型超導磁體的高溫超導電流引線運行可靠和費用最低。分流器橫截面積確定基于分流器與bi-2223基體agau的電阻率對失超后電流分配比,這樣保證超導體轉入電阻態后分流器分流大部分電流,同時由于分流器具有很好熱沉作用,抑制超導體溫度迅速上升,從而避免超導材料燒毀或過熱。

通過建立高溫超導電纜等效電路模型,并提出電流分布等效數學方程,求得高溫超導電纜導體層電流分布。繞制一根0.2m長110kv/2ka高溫超導電纜樣纜,并進行載流能力實驗,得到各層電流分布結果。分析發現,各層電流分布的實驗結果與理論計算結果吻合,從而驗證電流分布計算模型的正確性,以及調整繞制角度對均勻層間分流的有效性。研究結論對以后更長高溫超導電纜的載流能力分析具有一定的指導意義。

為了分析導電層分流特征對超導電纜交流損耗分布影響,建立了基于ybco涂層導體的110kv/3ka冷絕緣高溫超導電纜載流數學模型,計算了不同運行溫度下超導電纜各導電層電流分布,并根據monoblock模型及bean模型計算了超導電纜交流損耗.計算結果表明77k下超導電纜層電流均勻分布時總交流損耗最小;69k時超導電纜總交流損耗最小時,電纜各導電層電流分布不均,超導電纜層電流均勻分布時總交流損耗最小這一觀點并不具有普遍性.所提出的計算方法和結果為降低多導電層超導電纜交流損耗提供了新思路.

35kv/2ka高溫超導電力電纜終端 畢延芳　　陳行倩　　馬登奎　　羅南昌 孫成元　　崔國根　　武松濤 中國科學院等離子體物理研究所,合肥1126信箱　230031 侯　波　　曹昆南　　信　贏 北京云電英納超導電纜有限公司,北京　100176 　　電力電纜已被確認為高溫超導技術產業化的重要項目之一.電力電纜在終端處屏蔽層 終斷、因電場集中,故需改善電場分布和加強電絕緣;超導電纜終端還是運行在低溫的超導 電纜芯向常溫的高壓母線過渡和制冷劑進出口的匯集組件.前期研發的試驗終端已初步解 決了終端恒溫器結構、電流引線優化、可分離低阻接頭和耐高電壓的絕緣液氮接管設計和相 關試驗研究,在額定電流2ka情況下每對終端的熱負荷210w,并進行了5項高電壓絕緣試 驗. 1引　　言 高溫超導材料經歷近20年的發展即將步入大規模應用和產業化階段.銀基帶bi2

低溫絕緣高溫超導電力電纜

低溫系統是該試驗裝置的一個主要分系統,采用增壓過冷液氮冷卻高溫超導電纜及其電流引線,是國內首次采用過冷液氮循環冷卻高溫超導電纜的低溫系統。低溫系統包括兩大部分:過冷液氮循環部分和制冷部分。在過冷液氮循環部分,以低溫泵的揚程作為循環流動動力,液氮通過與制冷部分的熱交換,獲取冷量,被輸送到高溫超導電纜低溫容器和終端,液氮通過與電纜的換熱釋放其冷量,最后回到氣液分離器,進入下一個循環過程。制冷部分采用液氮減壓降溫獲取冷量,其最大制冷量3.3kw,液氮消耗72l/h。

東京電力和住友電氣工業將于2001年6月進行高溫超導電纜線的通電實驗,2010年前后在東京中心區域進行實用化。目前地下管線為內徑150mm,最大送電能力為約10萬kw。如果高溫超電導纜線能夠用于實際送電,其送電能力將增大10倍;達到100萬kw。由于在人口密集的城市中心建筑電力傳送設施的成本本來就很高,因此即使采用77k的液氮進行冷卻來實現

冷絕緣高溫超導電纜的導電層一般設計為多層結構以滿足大電流載流特性,但伴隨層數的增加,超導體上的集膚效應會引起電纜輸電導體各層電流分布不均勻的問題,從而造成電纜損耗增加和傳輸性能下降。采用基于動態慣性權重因子的粒子群優化算法,提出了電纜導體層電流層間均流優化的設計方法。應用第2代高溫超導材料釔鋇銅氧涂層導體,通過建立超導電纜的等效電路模型,考慮電場、磁場等約束因素,對一根1km長,110kv/3ka等級的冷絕緣高溫超導電纜進行優化設計,獲得了電纜本體結構參數及輸電導體層和屏蔽層的電流分布。比較優化前后層電流的結果可知,優化后超導電纜各導體層電流與平均電流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽層電流達到均布,較好地實現了電纜各導體層電流均勻分布的優化目標。最后,超導模型樣纜載流特性實驗也驗證了優化設計方法的有效性。

為了更好地研究高溫超導電纜在電力系統中的暫態過程,有必要研究高溫超導電纜溫升情況。從高溫超導電纜的結構出發,分析了高溫超導電纜的溫度特性,建立了故障狀態下高溫超導電纜溫度分布的數學計算模型,并通過matlab仿真軟件對220kv高溫超導電纜模型進行了仿真計算。結果表明高溫超導電纜超導層與屏蔽層溫度在系統發生三相短路時瞬間增大,但隨著故障的解除而減小;超導層與屏蔽層電阻在瞬間增大之后會隨溫度的增大而增大。結果驗證了所提出的電纜溫度數學模型的可行性。

高溫超導電纜在電力系統中運行是發展趨勢,若超導電纜本身故障或電力系統故障時都會對其產生重要影響。文中在理論分析低溫絕緣的高溫超導電纜在短路故障情況下屏蔽層電流與導體層電流相位、幅值的關系基礎上,提出了針對低溫絕的緣高溫超導電纜的失超檢測新方法——基于幅值差值檢測和相位差值變化率檢測,并通過仿真軟件pscad/emtdc分析了電力系統發生各種短路故障時高溫超導電纜的失超特性,從而驗證了這兩種檢測方法的可行性。

采用脈沖激光沉積法(pld)在10x10mm2的srtio3雙晶基片上制備了純c取向的高溫超導ybco薄膜,薄膜表面平整,雜相顆粒少,在20μm尺度范圍內,起伏在幾個nm之內。通過標準光刻和離子束刻蝕工藝制備出了高溫超導墊圈型雙晶結dcsquid磁強計。測試結果表明:磁強計有效面積達009mm2,在沒有超導屏蔽的環境下,磁強計白噪聲區磁場噪聲達到333ft/hz1/2。

成果摘要：630kva高溫超導變壓器的研究開發，解決了一系列關鍵技術：通過變壓器內部電磁場、熱傳輸和應力的分析，獲得了變壓器結構和性能的優化；交互式影響下交流超導繞組的穩定化方法、失超監測及其保護措施，確保變壓器的安全運行和故障后穩定性的快速恢復；獨特的超導線材換位和焊接工藝構造低損耗、高強度、高載流密度的超導復合導體；不同電壓等級、