EAST纵场磁体系统16kA高温超导电流引线

east全超导托卡马克核聚变实验装置有一对纵场磁体电流引线和12对极向场线圈电流引线,额定电流为14.5～16.3ka,在第二轮装置工程调试中5对高温超导电流引线投入运行.这些电流引线的高温超导段系传导冷却,上端用79k液氮冷却,下端由4.5k超临界氦流迫冷;铜电流引线段采用氮蒸汽冷却.运行参数表明高温超导电流引线具显著的节冷效益.本文介绍这些电流引线的运行工况和安装前的接收试验结果.

根据iter电流引线的要求,设计和试验了分别由全铍铜(be2%cu)、全不锈钢(ss)和二元金属(becu/ss)三种不同类型分流器制作的68ka电流引线的1/90试件。研究了超导段各组件的性能,详细讨论了失冷故障实验结果。结果表明,对比全铍铜和全不锈钢分流器,二元分流器制作的超导模件更能够提高安全性以及减小冷端漏热,满足iter高安全性和低热负荷的要求。

电流引线是室温电源电缆与低温磁体之间的电连接部件.高温超导材料在液氮温度下具有零电阻率和低热导率的特性,用它做成的电流引线可以大大减小低温系统的热负荷,从而减少制冷设备投资及系统运行费.高温超导电流引线可以分为阻性换热器段和高温超导段两部分(其中还包括各部件间的连接部分).高温超导段的分流器设计关系到冷端热负荷大小以及超导段失超后的安全问题.为了研究国际热核聚变试验堆(iter)电流引线高安全性能,专门设计、试验了68ka引线的1/90实验样品.本文通过对比全cube(cu-2%be)分流器、全不锈钢分流器和二元分流器的失冷故障(lofa)实验结果,证明二元分流器能够克服安全性和冷端漏热矛盾,可以满足iter高安全性的要求.

在无限长堆叠带材模型的基础上对高温超导电流引线的交流损耗建立了新的计算模型,即正十二边形骨架计算模型。由于正十二边形对称性,通过建立合适的坐标系,对坐标进行旋转即可求出每堆带材处的磁场。使用matlab编程计算并得出一系列电流下的交流损耗值,通过将所得数据绘成图形,比较了不同电流下穿透深度及交流损耗的大小。然后搭建实验平台,测量了不同频率下电流引线的交流损耗,并将理论与实验对比,得到较好的一致性。

为itercc10ka高温超导电流引线服务的低温性能测试装置已研制完成,并成功运行。其低温系统主要由500w/4.5k氦制冷机,真空杜瓦,低温组件(低温阀门,过冷槽,管道加热器,热防护层),汽化器及低温传输管线等部分组成。本文对真空杜瓦和过冷槽进行设计,并讨论该低温系统的冷却流程方案,最后通过电流引线10ka稳态实验结果对低温系统的运行效果进行分析,结果表明该低温系统运行稳定,能满足itercc电流引线的测试需要。

大电流高温超导电线材料

系统描述了20ka、5米长高温超导电流母线本体的绕制、焊接及实验。超导母线本体设计采用成熟的均流技术设计,在自主开发的专用绕线机上进行绕制。超导线采用bi2223/ag多芯不锈钢加强带材。在超导带材与端部焊接过程中采用新的焊接技术,保证了超导性能不退化和减小接触电阻。对绕制的超导母线本体进行了直流实验。实验结果表明,两端端部接触电阻小于10nω,超导母线的临界电流大于32ka,满足设计指标要求。

住友电气大电流高温超导电线材料制成

日本住友电气工业公司最近开发出可通大电流的实用性较强的高温超导电线材料。在电阻为零的状态下,这种材料所能通过的电流密度为铜线的350倍,堪称世界之最。

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当高温超导失超后其电流由分流器承载,分流器材料的选择将影响电流引线冷端热负荷和运行费用。本文通过不同金属材料物性的对比计算,寻找最佳的分流器材料,使得iter巨型超导磁体的高温超导电流引线运行可靠和费用最低。分流器横截面积确定基于分流器与bi-2223基体agau的电阻率对失超后电流分配比,这样保证超导体转入电阻态后分流器分流大部分电流,同时由于分流器具有很好热沉作用,抑制超导体温度迅速上升,从而避免超导材料烧毁或过热。

通过建立高温超导电缆等效电路模型,并提出电流分布等效数学方程,求得高温超导电缆导体层电流分布。绕制一根0.2m长110kv/2ka高温超导电缆样缆,并进行载流能力实验,得到各层电流分布结果。分析发现,各层电流分布的实验结果与理论计算结果吻合,从而验证电流分布计算模型的正确性,以及调整绕制角度对均匀层间分流的有效性。研究结论对以后更长高温超导电缆的载流能力分析具有一定的指导意义。

为了分析导电层分流特征对超导电缆交流损耗分布影响,建立了基于ybco涂层导体的110kv/3ka冷绝缘高温超导电缆载流数学模型,计算了不同运行温度下超导电缆各导电层电流分布,并根据monoblock模型及bean模型计算了超导电缆交流损耗.计算结果表明77k下超导电缆层电流均匀分布时总交流损耗最小;69k时超导电缆总交流损耗最小时,电缆各导电层电流分布不均,超导电缆层电流均匀分布时总交流损耗最小这一观点并不具有普遍性.所提出的计算方法和结果为降低多导电层超导电缆交流损耗提供了新思路.

35kv/2ka高温超导电力电缆终端 毕延芳　　陈行倩　　马登奎　　罗南昌 孙成元　　崔国根　　武松涛 中国科学院等离子体物理研究所,合肥1126信箱　230031 侯　波　　曹昆南　　信　赢 北京云电英纳超导电缆有限公司,北京　100176 　　电力电缆已被确认为高温超导技术产业化的重要项目之一.电力电缆在终端处屏蔽层 终断、因电场集中,故需改善电场分布和加强电绝缘;超导电缆终端还是运行在低温的超导 电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件.前期研发的试验终端已初步解 决了终端恒温器结构、电流引线优化、可分离低阻接头和耐高电压的绝缘液氮接管设计和相 关试验研究,在额定电流2ka情况下每对终端的热负荷210w,并进行了5项高电压绝缘试 验. 1引　　言 高温超导材料经历近20年的发展即将步入大规模应用和产业化阶段.银基带bi2

低温绝缘高温超导电力电缆

低温系统是该试验装置的一个主要分系统,采用增压过冷液氮冷却高温超导电缆及其电流引线,是国内首次采用过冷液氮循环冷却高温超导电缆的低温系统。低温系统包括两大部分:过冷液氮循环部分和制冷部分。在过冷液氮循环部分,以低温泵的扬程作为循环流动动力,液氮通过与制冷部分的热交换,获取冷量,被输送到高温超导电缆低温容器和终端,液氮通过与电缆的换热释放其冷量,最后回到气液分离器,进入下一个循环过程。制冷部分采用液氮减压降温获取冷量,其最大制冷量3.3kw,液氮消耗72l/h。

东京电力和住友电气工业将于2001年6月进行高温超导电缆线的通电实验,2010年前后在东京中心区域进行实用化。目前地下管线为内径150mm,最大送电能力为约10万kw。如果高温超电导缆线能够用于实际送电,其送电能力将增大10倍;达到100万kw。由于在人口密集的城市中心建筑电力传送设施的成本本来就很高,因此即使采用77k的液氮进行冷却来实现

液氮冷却系统是10米105kv/15ka三相交流高温超导电缆实验装置中的一个主要分系统。介绍了液氮冷却系统设计方案的选择,提供了液氮冷却系统的主要设计计算内容,并通过与高温超导电缆联机试验,表明了该液氮冷却系统的设计是成功的,为75米三相交流高温超导电缆研制提供稳定可靠冷源奠定了基础。

力矩管是高温超导电机中的一个重要部件,起着绝热、支撑转子及传递转矩等多项重要作用.由于超导线材工作在深低温环境,处于低温与常温之间的力矩管是高温超导电机的主要传导漏热源之一,它的漏热量直接影响了配套制冷机的制冷功率,进而影响到电机系统的总体效率.因此,进行力矩管的漏热分析尤显重要.文中应用测试仪对力矩管复合材料的导热系数进行了测试,对其漏热分别进行了理论计算、有限元分析及低温测试.漏热分析及试验结果表明:该力矩管方案满足高温超导电机总体性能要求,同时该计算方法同样适用于其他类似应用场合的力矩管设计.

富通集团天津超导技术应用公司高温超导电缆项目，日前正式启动运行。该项目将在天津建设国内第一条二代钇系高温超导电缆传输示范线，以加快推进超导线材和超导电缆的实用化进程。富通超导公司拥有全球领先、全国唯一的超导电缆生产线及检测设备，主要研究方向为高温超导基带，并研制建设全球最长的高温超导电缆应用试验线。

制造高温超导电线电缆的可能方法

我国研制出6米长液氮高温超导电缆