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随着电网互联及自身不断扩容,短路电流过大的问题日益严重。超导限流技术为解决该问题提供了新思路,基于YBCO超导带材的电阻型超导限流器作为解决短路电流问题的一种很有前景的途径,对其在限流过程中以及结束后的电、热的物理问题的研究具有重要的理论意义和实用价值。
本文对基于YBCO超导带材的电阻型超导限流器进行研究,从理论上以及实验上对YBCO超导带材样品、超导线圈以及由超导线圈组成的矩阵的限流特性进行分析。论文的主要着眼点在于带材样品、线圈及由线圈组成的矩阵在限流过程中的电热耦合物理问题,限流过程中出现的由于超导线圈的磁场或超导带材的非均匀性等现象所带来的参数集中问题以及带材用量确定、线圈构型分析和优化问题。在建立数学模型的基础上采用理论分析、数字仿真及实验研究三者相互印证的研究方法。具体而言,本论文的研究工作及结果主要包括:
一、建立了电阻型超导限流器在限流过程中的电热耦合物理模型及其求解方法,并对YBCO超导带材样品在过电流冲击过程中的电阻及温度变化情况进行仿真计算和实验测量,将仿真计算的结果与实验测量结果进行了对比,实验结果与仿真分析的结果符合较好,验证了模型的可靠性。
二、系统地研究了YBCO超导带材在过电流冲击过程中的性能退化因为,发现温度升高所引起的问题是造成YBCO超导带材性能退化的主要因素,并进一步分析了温度对造成各种超导带材性能退化因素的影响作用,基于分析结果,找到了YBCO超导带材在过电流冲击过程中的温度阈值。在YBCO超导带材的温度阈值的基础上得到了YBCO超导带材对故障电流的载流能力阈值与超导带材的安全电场,在此基础上提出了确定YBCO超导带材用量的方法。
三、对各种无感线圈的类型进行了比较分析,提出了适合于RSFCL的限流单元结构。针对限流线圈的空间占用情况对线圈的构型进行了优化设计,并基于优化的结果对一RSFCL,进行了初步设计。
四、建立了两种描述YBCO超导带材的非均匀性的模型,就YBCO超导带材的非均匀性对RSFCL的限流特性的影响作用展开了研究。
五、完成了超导限流线圈及由限流线圈组成的矩阵的限流实验研究,结论验证了计算模型的有效性。