二次耦合方法的高温超导谐振器弱耦合设计

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

提出了一种新型加载插指电容的u型阶跃阻抗谐振器,该谐振器可用于实现高温超导带通滤波器的宽阻带抑制。利用所提出的新型谐振器结构,设计并制作了一个4节切比雪夫型高温超导带通滤波器。滤波器中心频率为1026mhz,带宽12.6mhz,第一谐频频率5121mhz,第一谐频与基频的比值为4.92,阻带抑制度优于60db。

cicc超导导体性能测试用50ka超导变压器由初级线圈和次级线圈组成,初级线圈浸泡在4.2k液氦低温杜瓦中,次级线圈为cicc导体采用4.2k/354637pa超临界氦迫流冷却,液氦和超临界氦均由500w/4.5k制冷机提供,变压器低温杜瓦的理论液氦蒸发率为1.52l/h。为减少电流引线漏热,超导变压器采用bi-2223/agau高温超导(hts)二元电流引线,并且在颈管中部设计了一个新型的直接用液氮冷却的热截流装置来截断电流引线高温端的热流;最后对铜电流引线部分进行了尺寸优化计算,得到最佳截面积和直径分别为28mm2和6mm。

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。

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近年来,随着高温超导材料的发展,特别是在铜氧化物高温超导材料方面的研究进展,使得自旋玻璃态逐渐成为科学家研究的一个方向。自旋玻璃是一种非晶态磁性材料,对它的研究具有极大的科学意义和不可估量的潜在应用价值,自旋玻璃的应用非常广泛,在绝大多数科研项目中都发挥了极其重要的作用,高温超导就是其应用之一。该文从自旋玻璃态的一系列现象出发,研究分析了最近几年来科学家们对自旋玻璃态的研究成果。

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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

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。

低温绝缘高温超导电力电缆

6m长、2000a的铋系高温超导直流电缆在中国科学院电工研究所研制并试验成功.电缆的导体由8层共238根bi-2223ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成,导体的内径为415mm,导体层间绝缘,导体层外侧有低温电绝缘.电缆芯的外径为48mm,它安装在低温容器内,并与两个终端相连.电缆的直流耐压大于25kv.在液氮下的实验表明,电缆的临界电流为2480a(1μvcm判据),n值为77,接头总电阻为01μω,均超过设计指标.在1h传输2ka电流的运行中,电缆的传输特性稳定.经4次热循环,电缆的临界电流没有降低.

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.

磁悬浮列车由于无接触、无摩擦、高速运行的特点,成为轨道交通领域的研究热点。以液氮为制冷剂的高温超导体具有完全抗磁性和磁通钉扎特性,将高温超导体应用于磁悬浮列车,可以形成悬浮高度和左右导向无需控制的自稳定系统。对于超导磁悬浮列车而言,悬浮性能是其运行的关键参数。因此,重点介绍了超导磁悬浮系统悬浮力的研究进展以及超导磁悬浮列车在国内外应用研究,并对其发展进行了展望。

大电流高温超导电线材料

磁悬浮列车由于无接触、无摩擦、高速运行的特点,成为轨道交通领域的研究热点.以液氮为制冷剂的高温超导体具有完全抗磁性和磁通钉扎特性,将高温超导体应用于磁悬浮列车,可以形成悬浮高度和左右导向无需控制的自稳定系统.对于超导磁悬浮列车而言,悬浮性能是其运行的关键参数.因此,重点介绍了超导磁悬浮系统悬浮力的研究进展以及超导磁悬浮列车在国内外应用研究,并对其发展进行了展望.

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.

针对高温超导一代bi2223/ag带材、二代ybco带材的焊接问题,理论计算分析了搭接长度、焊锡层厚度对带材接头电阻的影响,并对焊接长度对接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明:增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,两种超导带材的接头电阻皆同焊接搭接长度成反比。当焊接长度在3—5cm,焊料厚度在微米量级时,bi2223/ag带材、ybco带材各自之间的接头电阻在液氮温度下均可控制在10-8ω左右,能够满足超导装置稳定运行的要求。

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。

研发了630kva、10.5kv/0.4kv三相交流高温超导变压器,并成功进行了并网试验运行。该变压器导线采用多芯bi2223/ag不锈钢加强高温超导带材;高压绕组采用多层圆筒式结构,层间置有绝缘和冷却通道;低压绕组采用并联饼式结构。铁心采用非晶合金材料,为三相五柱式结构。绕组置于环形带有室温孔径的玻璃钢低温杜瓦中,以保证铁心处于室温环境。超导线的绝缘利用自主开发的包扎机以聚酰亚胺薄膜采用双半叠包工艺进行绝缘包扎。经过对该变压器进行基本性能测试,满足并网试验运行要求。

运用两量子比特非局域操作的几何表示理论,提出了利用射频脉冲作用下的耦合超导量子比特构建受控逻辑门(受控u门)的一个理论方案,并进一步推导出在电容耦合和自感耦合系统中构建受控u门时,其哈密顿量中的拉比频率所需要满足的条件.最后通过两量子比特控制相位门的实现说明该方案的可行性.

直流输电中线路上的纹波电流会在输电过程中产生交流损耗,考虑到这一点,提出了一种可以用于双极直流输电系统的冷绝缘高温超导直流电缆导体的设计原则。实际设计了一个运行电流为3ka的模型,并与按照均流设计的冷绝缘高温直流电缆的在不同纹波电流幅值下交流损耗做了对比。发现这种设计原则下,从运行损耗,节省空间和对环境的影响方面,相对于常规的直流电缆有着不可比拟的优势。