10kV三相同轴超导电缆交流损耗研究

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超导材料具备其他材料所没有的优点:零电阻特性,这使得其在电力传输领域展露出了巨大潜力。三相同轴超导电缆具有输电功率容量大、能量损失小、节省输电管道占用空间、建设成本低以及安全无污染等优点,适合在当前城市有限的地下输电管廊内完成低成本的电网扩容改造。超导电缆在传输交流电流时会产生极少的交流损耗,但其产生的热量对超导电缆安全运行的影响不可忽视,因此必须对超导电缆的交流损耗进行深度的研究和解析,为进一步研究配套冷却系统和更优的超导电缆结构设计提供依据,方便计算超导电缆的传输效率,便于评估其运行的经济效益性。本文对一组10 k V三相同轴超导电缆的内部组成结构展开了具体的设计,并采用数学经验式解析、有限元仿真以及实验测试的方法对10 k V三相同轴超导电缆的传输交流损耗进行了研究与分析,主要工作及成果如下:(1)本文首先概述了超导材料不同于常规材料的特殊性能以及应用领域,并总结了高温超导电缆的国内外发展应用现状以及高温超导电缆在实际工作中存在的交流损耗问题,对超导体传输交流损耗的测试方法进行了概括,总结了研究高温超导电缆传输交流损耗对其安全运行、经济效益应评估等方面的意义。(2)根据10 k V、1 k A的设计指标,依照超导带材所能承受的弯曲应力极限和拉伸应力极限对带材的绕制角度范围做出限定,使用相关理论计算得到三相同轴超导电缆各结构的基本参数。基于均流化和三相平衡的目标,编制三相同轴超导电缆均流优化程序,通过调整绕向角及绕制节距的方式调整自感和互感大小,使其尽可能达到三相平衡。(3)对超导体的电磁场仿真基本理论方法进行了介绍,基于COMSOL软件对10 k V三相同轴超导电缆及单根YBCO超导带材分别进行了有限元模型的搭建,进而求得了超导带材和10 k V三相同轴超导电缆的交流损耗大小及电磁场变化。同时使用数学经验解析式对本文中研究对象进行解析计算,与有限元仿真得出结论进行对比分析。(4)对单根超导带材和10 k V三相同轴超导电缆进行了临界电流测试,分析了其载流能力,并根据当前临界电流测试方法的不足,基于比较电压法的基本理论设计了一套面向超导磁体和超导电缆的临界电流测试系统,并对一组三饼超导磁体进行了验证试验。基于无感补偿法的理论,使用Lab VIEW编制了单相超导单元和三相同轴超导电缆的交流损耗测试程序,并搭建了交流损耗测试平台,对本文中单根YBCO超导带材和10 k V三相同轴超导电缆进行了传输交流损耗实验测试,并与有限元仿真和解析计算结果进行对比验证。该论文有图69幅,表12个,参考文献69篇。
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