ITER高温超导电流引线超导模件

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。

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。

为了降低运行费用,正在建设中的中国科学院强磁场科学中心稳态混合磁体的电流引线采用高温超导电流引线。依据一种较为精确计算电流引线的方法,从传热学中的特征关联式出发,初步计算出了稳态混合磁体15ka高温超导电流引线的基本尺寸与漏热。高温超导电流引线的常温段采用板式换热器的结构形式,增大了对流换热面积;超导段的保护体采用不锈钢,降低了对液氦热沉的热负荷。

在全超导磁约束核聚变装置east中,采用高温超导电流引线将处于室温的电源连接处于超临界氦温区的超导磁体上。为降低实验过程中的运行成本,east装置中纵场磁体的电流引线采用混合式结构。电流引线测试结果表明引线符合设计要求。

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.

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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。

低温绝缘高温超导电力电缆

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.

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kv/3ka等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。

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采用脉冲激光沉积法(pld)在10x10mm2的srtio3双晶基片上制备了纯c取向的高温超导ybco薄膜,薄膜表面平整,杂相颗粒少,在20μm尺度范围内,起伏在几个nm之内。通过标准光刻和离子束刻蚀工艺制备出了高温超导垫圈型双晶结dcsquid磁强计。测试结果表明:磁强计有效面积达009mm2,在没有超导屏蔽的环境下,磁强计白噪声区磁场噪声达到333ft/hz1/2。

2011年1月15日,特变电工股份有限公司召开高温超导电力变压器新产品发布会:由中国科学院电工研究所、特变电工合作研制的我国第一台拥有自主知识产权的高温超导电力变压器顺利研制成功。这也是世界上继瑞士abb后,第二台挂网运行的三相高温超导变压器,也是全球首台采用非晶合金铁心的高温超导变压器。本产品的研制成功,将加快我国超导电力技术的应用步伐,标志着我国在高温超导

低温绝缘高温超导电力电缆 (2)

为了更好地研究高温超导电缆在电力系统中的暂态过程,有必要研究高温超导电缆温升情况。从高温超导电缆的结构出发,分析了高温超导电缆的温度特性,建立了故障状态下高温超导电缆温度分布的数学计算模型,并通过matlab仿真软件对220kv高温超导电缆模型进行了仿真计算。结果表明高温超导电缆超导层与屏蔽层温度在系统发生三相短路时瞬间增大,但随着故障的解除而减小;超导层与屏蔽层电阻在瞬间增大之后会随温度的增大而增大。结果验证了所提出的电缆温度数学模型的可行性。

高温超导电缆在电力系统中运行是发展趋势,若超导电缆本身故障或电力系统故障时都会对其产生重要影响。文中在理论分析低温绝缘的高温超导电缆在短路故障情况下屏蔽层电流与导体层电流相位、幅值的关系基础上,提出了针对低温绝的缘高温超导电缆的失超检测新方法——基于幅值差值检测和相位差值变化率检测,并通过仿真软件pscad/emtdc分析了电力系统发生各种短路故障时高温超导电缆的失超特性,从而验证了这两种检测方法的可行性。

高温超导电缆终端恒温器是高温超导电缆终端系统的重要组成部分,其长期可靠稳定的运行将为整个系统的良好运转奠定坚实基础。文中对成功研制的高温超导电缆终端恒温器进行了详细介绍,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等。试验表明,高温超导电缆终端恒温器结构设计合理、操作方便;大口径可拆法兰低温真空压力环境下的密封技术得到突破、密封性能良好;低温液体输送管道承插密封结构设计新颖、满足工作要求。热负荷的分析与计算为高温超导电缆制冷系统所需冷量的确定提供了依据,同时也为终端恒温器的进一步优化指明了方向。

大电流高温超导电线材料

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。

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。

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。