大电流长距离直流高温超导电缆通电导体基础问题研究

随着电力输配电系统提出更大容量更高效率的需求，大电流长距离直流高温超导电缆未来将在输配电系统中发挥重要的作用。本项目研究大电流长距离直流高温超导电缆通电导体在不同运行阶段沿长度方向上不同通电导体段的电流动态分布问题，探索大电流长距离直流高温超导电缆通电导体在整流器输出大直流电叠加小交流谐波时的谐波损耗问题，提出大电流长距离直流高温超导电缆通电导体冷热循环疲劳判据和过流稳定性判据，本项目的研究成果将为大电流长距离直流高温超导电缆的设计、保护及在大容量输配电系统中的应用提供理论和实验依据，对进一步加速超导电力技术实用化进程的步伐，具有十分重要的科学意义和现实意义。

随着电力输配电系统提出更大容量更高效率的需求，大电流长距离直流高温超导电缆未来将在输配电系统中发挥重要的作用。本项目研究大电流长距离直流高温超导电缆通电导体在不同运行阶段沿长度方向上不同通电导体段的电流动态分布问题，探索大电流长距离直流高温超导电缆通电导体在整流器输出大直流电叠加小交流谐波时的谐波损耗问题，提出大电流长距离直流高温超导电缆通电导体冷热循环疲劳判据和过流稳定性判据，本项目的研究成果将为大电流长距离直流高温超导电缆的设计、保护及在大容量输配电系统中的应用提供理论和实验依据，对进一步加速超导电力技术实用化进程的步伐，具有十分重要的科学意义和现实意义。

（1）地环流干扰 

在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号；又有几十伏，数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作，出现这种情况除了每个仪器、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全，机壳需要接大地；为了使电路正常工作，系统需要有公共参考点；为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环流”问题是在系统处理信号过程中必须解决的问题 。   

（2）自然干扰 

雷电是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一串随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪音是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪音则随着太阳活动情况的剧烈变化。自然界噪声主要会对通讯产生干扰，而雷电能量尖蜂脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。    

（3）人为干扰 

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无限通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器）频繁开关，他们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源，随着电子技术的广泛应用，电磁污染情况会越来越严重 。

冲击大电流测量是冲击大电流的峰值和波形的测量。常用分流器或罗戈夫斯基线圈与数字存储示波器组成的测量系统来实现冲击大电流的测量，还可应用磁光效应的光电法来进行测量。

根据中国国家标准，对认可的测量系统要求测量峰值的总不确定度为±3%范围，测得的时间参数不确定度在±10%范围内，能检出叠加在冲击电流上的振荡，标定刻度因数稳定在1%范围内。冲击电流的标准测量系统在其使用范围内的总不确定度为：对于峰值电流应为±1%范围，对于时间参数应为±5%范围。确定认可的测量系统标定刻度因数及动态特性时，应采用与标准测量系统比对的方法，对动态特性的校核也可采用阶跃波响应测量法。

大电流分流器

一种用来测量冲击电流的传感器。它是一个串接在被测电路中的低阻值无感电阻器。测量被测电流流过分流器时所产生的电压降，可确定电流峰值及其波形。分流器的阻值一般为0.1～100mΩ，要求它是阻值稳定的纯电阻。在材料选择和结构设计时，应考虑减小集肤效应和热效应的影响，有时还要求有良好的屏蔽。用分流器和示波器组成的测量系统，如图《分流器测量系统》所示。

C—储能电容；R—回路电阻；L—回路电感；

RL—负载；R’—匹配电阻；z—电缆及其波阻抗。

分流器按结构分有：①带状对折式；②辫状对折式；③同轴管式；④圆盘式等。其中以圆盘式特性最佳 。

大电流罗戈夫斯基线圈

测量冲击大电流或它的变化率的一种感应线圈，又称为磁电位计。把作为二次线圈的罗戈夫斯基线圈围住载有被测大电流的单根导体（即为一次线圈），设两者之间的互感系数为M，则线圈输出端的感应电动势u₂与被测电流变化率di/dt成正比，即

罗戈夫斯基线圈测量冲击电流的特点是性能稳定，线圈与冲击电流发生器放电回路无直接的电联系，可以测量几十千安到几百千安的冲击大电流。图《罗戈夫斯基线圈测量冲击电流示意图》中示明了它的测量原理。

（a）测量原理；（b）接RL积分器时的整体接线图R—积分电阻；L—线圈电感；RL—线圈电阻；Z—同轴电缆及其波阻抗；R’—匹配电阻 。

主要完成人：邵海明，林飞鹏，屈凯峰，梁 波，李之彬，潘仙林，滑晓欣，鲁云峰，陈万才，苏 红

主要完成单位：中国计量科学研究院，云南省计量测试技术研究院