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35kV/1kA冷绝缘高温超导电缆交流损耗的研究

35kV/1kA冷绝缘高温超导电缆交流损耗的研究

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作者：鞠鹏华北电力大学

学位级别：硕士

冷绝缘高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、稳定性高、结构紧凑、无环境污染等诸多优点,在未来大容量输电领域具有广阔应用前景。交流损耗是是高温超导电缆的一个重要参数,对其运行稳定性和运行成本具有重要影响,所以对高温超导电缆... 详细信息

冷绝缘高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、稳定性高、结构紧凑、无环境污染等诸多优点,在未来大容量输电领域具有广阔应用前景。交流损耗是是高温超导电缆的一个重要参数,对其运行稳定性和运行成本具有重要影响,所以对高温超导电缆交流损耗的研究显得尤为重要,将为超导技术的电力应用提供坚实的理论和实验基础。本文首先结合冷绝缘高温超导电缆的结构,归纳总结了高温超导电缆交流损耗的分类,理论分析了高温超导电缆交流损耗的计算,通过77 kV冷绝缘高温超导电缆实例完成了算法实现,验证了计算方法的正确性。基于Maxwell方程组和高温超导体的超导特性建立了计算高温超导带材和电缆交流损耗的二维有限元仿真模型,并通过数值仿真软件COMSOL Multiphysics对高温超导带材和电缆的交流损耗进行了数值仿真计算,与损耗实验结果及理论计算结果进行对比,验证了二维仿真模型计算高温超导体交流损耗的正确性和有效性。理论分析并实验研究了磁性基底对高温超导带材交流损耗的影响,结合磁性基底材料的磁化特性,对仿真模型进行改造,能够实现对铁磁性基底高温超导带材交流损耗的仿真计算。采用电测法对35 kV/1 kA冷绝缘高温超导模型电缆交流损耗进行了实验测量,内容包括对模型电缆的端部接触电阻、临界电流和交流损耗的测量实验,实验结果证实了端部接触电阻对测量结果的影响及端部鼓包振动对高温超导电缆交流损耗的影响。自己手工绕制了0.5 m冷绝缘高温超导模型电缆,在液氮温度下对其进行了临界电流及不同频率下交流损耗的测量,实验结果证实了理论计算方法的正确性以及实验方法的合理性,并表明低频下高温超导电缆的交流损耗主要为磁滞损耗与传输电流频率成线性关系。对电缆端部对高温超导电缆的性能影响进行了理论分析与仿真计算,电缆端部接触电阻会使得高温超导电缆实验测量电压偏大,而超导电缆端部磁场会使高温超导电缆端部处磁场分布不均,带材临界电流出现退化,造成超导电缆交流损耗增加。对端部焊接松动引起的振动对高温超导电缆交流损耗的影响进行了定性分析。

关键词：冷绝缘高温超导电缆交流损耗 2d有限元仿真振动接触电阻端部

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