超导磁体是大多数超导电力设备的主要元件之一,其交流损耗直接关系到整个系统的效率,损耗产生的热量将会导致磁体温度升高,甚至会导致磁体失超,影响系统的安全可靠运行。针对超导磁体运行的安全问题,精确地计算和测量磁体的交流损耗,评估磁体内部的温升,获取安全可靠的电流运行区间,结合安全理论和电气技术对超导磁体的结构进行优化设计,从超导线圈本身出发防止失超事故的发生,做到本质安全化,对整个系统的安全、高效运行有着重要意义。本文综合考虑线圈的电磁场、温度场,采用电磁热耦合的方法对高温超导材料ReBCO绕制的单饼线圈进行了建模分析,分别研究了面向无线电能传输、电磁储能控制、低温直流斩波的超导线圈的交流损耗和线圈内部的温升情况,根据线圈的热稳定性来对线圈进行了安全运行分析,得到了面向不同应用时超导线圈的安全电流范围。具体内容如下:(1)阐述了高温超导体失超的机理,给出了高温超导线圈安全运行判据。介绍了超导线圈的交流损耗计算方法、实验测量方法以及超导线圈热稳定性的分析方法。(2)在Comsol Multiphysics中使用H公式法建立了ReBCO超导线圈的二维轴对称仿真模型,分别计算了面向三种不同应用场合的超导线圈的交流损耗,从超导线圈内部磁场和电流密度的分布进行分析,讨论了不同运行电流对超导线圈损耗的影响。另外,对不同结构的分磁环的减损性能进行了评估,且对其进行了优化设计。采用锁相放大器法,测量了各应用场合下超导线圈的损耗,并与积分计算结果和仿真结果进行对比,三者结果具有良好的一致性,从实验验证了仿真模型的可用性。(3)利用电磁热耦合的方法,仿真计算了超导线圈在运行过程中的内部温度,对线圈的热稳定性进行了分析,对超导线圈容易出现失超的区域进行了说明,界定了线圈能够安全运行的电流范围:面向无线电能传输系统的超导线圈,易失超区域为第8匝,安全电流上限为148.1A;面向电磁储能控制系统的超导线圈,易失超区域为第11匝附近,安全电流上限为176.2A;面向低温直流斩波系统的超导线圈,易失超区域为第6匝,安全电流上限为184A。本文针对面向三种不同应用的超导磁体的电磁热特性进行了系统的分析,获得了可靠的安全电流区间,为采取有效的保护措施提供了一定的参考。