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北京交通大学学报 2020年第6期44卷 134-140页

作者：马韬鞠鹏飞王骁磊徐莹北京交通大学电气工程学院北京100044

失超和恢复是电阻型超导直流限流器的关键特性,由于单根钇钡铜氧(YBa2Cu3O(7-x),YBCO)超导带材载流能力有限,为传输足够大的额定电流,避免超导元件限流时产生过多的焦耳热,所以通常要采用并联分流电路组成限流器的限流元件.针对平行并... 详细信息

失超和恢复是电阻型超导直流限流器的关键特性,由于单根钇钡铜氧(YBa2Cu3O(7-x),YBCO)超导带材载流能力有限,为传输足够大的额定电流,避免超导元件限流时产生过多的焦耳热,所以通常要采用并联分流电路组成限流器的限流元件.针对平行并联空间利用率低和无绝缘堆叠并联换热效率低的问题,提出一种带绝缘的堆叠并联模式.通过不同并联模式的理论传热分析,得出带绝缘堆叠并联模式主要通过增大传热面积和提高传热系数来加快超导带材的失超恢复过程.对不同并联模式的带材进行直流冲击实验,实验结果表明:对YBCO-YBCO堆叠并联导体,导体间带绝缘比无绝缘时失超恢复时间减少30%~50%;对YBCO-不锈钢带堆叠并联导体,导体间带绝缘比无绝缘时失超恢复时间减少5%~10%.

关键词： YBCO超导带材并联模式直流冲击失超恢复传热分析

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涂层超导体交流电流冲击暂态电阻与失超恢复仿真研究

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低温与超导 2020年第8期48卷 35-39,55页

作者：梅桂华胡南南宋萌张会明史正军丘明张宏杰陈盼盼广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080 广东电科院能源技术有限公司广州510080 中国电力科学研究院有限公司北京100192

基于涂层超导体在冲击电流作用下暂态物理过程的分析,建立涂层超导体的热-电等效集总参数模型,获得冲击作用中超导带材的电流、电阻和温度等参量的变化规律,并对仿真模型进行实验验证。结果表明,在幅值为9倍临界电流的工频交流冲击作用... 详细信息

基于涂层超导体在冲击电流作用下暂态物理过程的分析,建立涂层超导体的热-电等效集总参数模型,获得冲击作用中超导带材的电流、电阻和温度等参量的变化规律,并对仿真模型进行实验验证。结果表明,在幅值为9倍临界电流的工频交流冲击作用下,冲击电阻包括三个阶段,在第一阶段中超导带材温度≤92 K,失超后迅速恢复;第二阶段中带材温度≥92K,从超导体变为正常态,产生较大电阻;第三阶段带材恢复超导态,电阻突变为0。该研究对电阻型超导限流器的设计与研究提供了时间维度的参考。

关键词：涂层超导体冲击电流暂态电阻失超恢复

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磁屏蔽型超导限流器电气建模与应用研究

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低温与超导 2021年第5期49卷 1-8,13页

作者：王子豪陈妍君梁瀚予盛杰金之俭上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 国网上海市电力公司市南供电公司上海200233

超导限流器被认为是理想的电力系统短路电流限制手段。主要针对磁屏蔽型超导限流器的电气特性进行系统性的建模研究。首先,基于限流器工作原理和超导材料的特殊电测特性,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对磁屏蔽型超导限流器进行了数值模型和... 详细信息

超导限流器被认为是理想的电力系统短路电流限制手段。主要针对磁屏蔽型超导限流器的电气特性进行系统性的建模研究。首先,基于限流器工作原理和超导材料的特殊电测特性,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对磁屏蔽型超导限流器进行了数值模型和电路模型的搭建。随后通过实验室级限流器样机短路实验对仿真模型的可靠性进行了验证,并基于模型完成过流失超机理分析。最后,完成含限流器的上海某10 kV配电网实际系统模型搭建,综合分析磁屏蔽型超导限流器对电网运行状态的影响并探索其限流特性。该文的结论有效证明了磁屏蔽型超导限流器的限流能力,稳定故障电压的能力以及快速的失超自恢复性能。

关键词：磁屏蔽型超导限流器 PSCAD/EMTDC 限流特性故障电压失超恢复

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磁偏置超导限流器实验系统设计研究

磁偏置超导限流器实验系统设计研究

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作者：董育军安徽理工大学

学位级别：硕士

随着电力系统互联以及智能电网的发展,电网覆盖率不断扩大,变电规模和输送功率不断增长,使得电力系统中短路阻抗逐渐变小,从而导致短路电流飙升。特别在用电集中区,电网中呈现的短路电流值直逼甚至超越电网一次侧的最大容许遮断容量,因... 详细信息

随着电力系统互联以及智能电网的发展,电网覆盖率不断扩大,变电规模和输送功率不断增长,使得电力系统中短路阻抗逐渐变小,从而导致短路电流飙升。特别在用电集中区,电网中呈现的短路电流值直逼甚至超越电网一次侧的最大容许遮断容量,因此超导限流技术就被得到了高度重视。2016年,中国电力科学研究院启动“自触发磁偏置超导限流器原理研究与样机研制”科技项目,完成了超导故障限流器样机的研制,但受限于实验条件,仅获得了评价载流特性等部分结论,本课题基于磁偏置超导故障限流器样机,进一步探讨超导限流器试验运行技术,主要开展磁偏置超导故障限流器的10 kV并网运行实验系统的仿真分析和设计研究。依据磁偏置超导故障限流器10 kV并网测试要求,提出磁偏置超导限流器10 kV实验系统设计方案,构建了接入10 kV电力系统的超导故障限流器实验系统等效电路模型,对超导限流器的并网运行特性开展仿真研究,由仿真结果验证了磁偏置超导限流器10 kV实验系统设计方案并得到了故障触发下失超电阻、载流和温度的变化规律,确定了超导限流器实验运行特征量及各参数的量程、精度,明确了磁偏置超导限流器实验系统部件组成。运用数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)与现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)互联设计模式,搭建高精度、高采样率、快速响应的特征量信号高压隔离采集及监控系统,实现超导限流器10 kV并网运行关键特征参数的实时采集、存储与处理。在国网辽宁省电力公司虎石台试验站搭建偏置超导限流器10 kV并网运行实验系统,提出了稳态额定运行和相间短路故障下的暂态运行特性试验方案并开展试验。试验结果验证了实验系统设计方案的有效性,试验测量数据为超导限流器未来的工程化应用提供可靠的实验技术支撑。图[66]表[15]参[68]

关键词：超导故障限流器实验平台高压隔离并网运行信号采集失超恢复

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钇钡铜氧（YBCO）超导带材二次冲击恢复过程的模拟及实验研究

钇钡铜氧（YBCO）超导带材二次冲击恢复过程的模拟及实验研究

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作者：金诗奇浙江大学

学位级别：硕士

电阻型超导故障限流器对于未来限制电网短路电流的幅值具有广阔的应用前景,电网期望电阻型超导限流器在受到一次冲击后能在百毫秒级时间内重合闸,以有效应对二次短路电流,这就需要YBCO超导带材能在极短时间内快速恢复。然而,盘式限流单... 详细信息

电阻型超导故障限流器对于未来限制电网短路电流的幅值具有广阔的应用前景,电网期望电阻型超导限流器在受到一次冲击后能在百毫秒级时间内重合闸,以有效应对二次短路电流,这就需要YBCO超导带材能在极短时间内快速恢复。然而,盘式限流单元在冲击恢复过程中会产生大量的气泡并滞留在小孔结构中,短时间内无法消散。当前普遍采用超导态的恢复作为重合闸时间的参考,但是此时滞留的气泡会严重恶化二次冲击恢复过程,影响超导限流器的性能。由此可见,实际应用中亟需有一个重合闸时间的参考标准。因此,本文对于YBCO超导带材气泡滞留情况下受到二次电流冲击的过程进行了模拟研究,并采用可视化实验进行验证和对比,主要工作内容如下:(1)通过数值模拟对比了一次与二次冲击恢复过程的各项参数变化以及初步验证了液氮射流的有效性,从微观角度指出了将超导态恢复作为重合闸标准不合理,为确定重合闸时间提供理论支持。建立了实际盘式限流单元典型小孔结构的三维模型并进行了网格划分,采用VOF模型监测气液界面变化,对比分析了一次与二次冲击恢复过程中温度、热流密度、气相体积分数等参数的变化,并与实验结果进行了对比验证。在恢复超导态的情况下,二次冲击恢复性能恶化严重,其峰值温度为143.2 K,比一次冲击高7.5 K;最大温差为15.5 K,比一次冲击大4.4 K;温度恢复时间约为4.55 s,比一次冲击延长了12.1%。因此,传统认识的超导态恢复作为重合闸标准并不合理。此外,对于液氮射流改善超导带材恢复性能的有效性进行了初步验证,结果表明射流可以加速带材冷却及气泡消散,这对于电网百毫秒级重合闸要求具有重要意义。(2)对于三种不同恢复阶段进行了二次冲击实验,结合超导带材R-T特性曲线获得了实际冲击恢复过程中的温度变化,揭示了不同气泡状态对于二次冲击温度变化的影响,提出将温度完全恢复作为重合闸的标准之一。设计搭建了大电流冲击可视化实验系统,对于超导态未恢复、温度未恢复和气泡滞留三种不同恢复阶段进行了二次冲击实验,获得了电压、电流数据,再结合超导带材R-T特性曲线获得了温度变化。结果表明,二次冲击的峰值温度更高,超导态恢复时间更长,超导态未恢复情况下二次冲击恢复性能恶化最严重,恢复时间达3.0 s,比一次冲击延长了77.5%,而温度未恢复情况下二次冲击恢复时间达2.5 s,比一次冲击延长了47.9%,故提出将温度的完全恢复作为重合闸标准之一。(3)采用可视化技术获取了一次与二次冲击恢复过程的可视化图像,探究了不同初始状态对于气泡动态特性的影响,获得了二次冲击的温度恢复时间以及气泡滞留时间,为实际工程应用中重合闸时间提供参考。采用高速摄像机对一次和二次冲击实验过程进行观测记录,获得了冲击恢复过程中关于气泡生成、消散、滞留等的可视化图像。结果表明二次冲击恢复过程中的气泡量明显多于一次冲击恢复过程,恢复时间也更长。少量气泡滞留的情况下,二次冲击的温度恢复时间约为3.0 s,相比一次冲击延长了11.1%。为了提高电阻型超导限流器系统的安全性,本文提出将温度完全恢复作为重合闸的指标之一。由于超导限流器冲击恢复过程中电阻的变化最容易测量,故采用超导态的恢复时间作为重合闸时间的一个基准。当重合闸时间为超导态恢复时间的2-3倍时,受到二次冲击后温度恢复时间相比一次冲击延长30%以上;当重合闸时间为超导态恢复时间的3-4倍时,受到二次冲击后温度恢复时间延长约10%-20%。为保证电阻型超导限流器更有效应对二次短路电流冲击,提出系统的重合闸时间约为超导态恢复时间的4倍。

关键词：电阻型超导限流器失超恢复气泡滞留二次冲击低温可视化

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