周 濤，李 超，陳 傳，馬 韜，宋 萌

(1.西安聚能超導(dǎo)磁體科技有限公司，陜西 西安 710016) (2.北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京 100871) (3.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080)

1 前 言

現(xiàn)階段我國(guó)最大的電力系統(tǒng)容量已經(jīng)超過了10 000 MW，最高輸電電壓為550 kV，最大發(fā)電設(shè)備容量超過600 MW[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電能的需求還將進(jìn)一步增加，電力系統(tǒng)的規(guī)模也將越來越大。隨著電網(wǎng)容量的增加和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的短路容量越來越大。電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，一般短路電流可以達(dá)到額定電流的100倍，這樣巨大的短路電流會(huì)瞬間產(chǎn)生很高的熱應(yīng)力，引起導(dǎo)體、線圈、通信設(shè)備的損壞，嚴(yán)重的短路故障還可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去同步，從而引起電力系統(tǒng)崩潰，造成大面積停電事故[2]。因此，有效限制短路故障時(shí)的短路電流并降低斷路器的開斷容量是電力系統(tǒng)所面臨的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)問題，而該問題采用超導(dǎo)限流技術(shù)有可能得到解決[3]。

超導(dǎo)限流器(superconductive fault current limiter，SFCL)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展帶來了一場(chǎng)革命，已經(jīng)成為當(dāng)今世界超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，在能源電力領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和不可替代的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義[4]。常規(guī)開關(guān)設(shè)備的限流容量不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的要求。SFCL具有超導(dǎo)技術(shù)獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)無(wú)電阻，在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)迅速產(chǎn)生高阻抗，將故障電流限制到較低水平。當(dāng)線路故障排除后，超導(dǎo)限流器可自動(dòng)恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)，為再次限制短路電流做好準(zhǔn)備[5]。

超導(dǎo)直流限流器憑借其正常運(yùn)行時(shí)低阻/感態(tài)、短路故障時(shí)高阻/感態(tài)、對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)干擾的特點(diǎn)[6]，可以對(duì)直流故障電流進(jìn)行有效限制。伴隨著柔性直流電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，超導(dǎo)限流技術(shù)在直流領(lǐng)域的相關(guān)研究正不斷涌現(xiàn)。超導(dǎo)限流器集短路故障檢測(cè)、觸發(fā)和限流功能于一身，是電力系統(tǒng)最理想的限流裝置[7]，而超導(dǎo)磁體的設(shè)計(jì)制作是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)限流器制備的關(guān)鍵技術(shù)。

本工作500 kV飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器樣機(jī)研究，首先考慮液氮溫區(qū)的低溫系統(tǒng)的冷卻方式以保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，研究解決高溫超導(dǎo)限流器用低溫系統(tǒng)的制作工藝。其次，針對(duì)高溫超導(dǎo)限流器線圈的繞制工藝、線圈制作工藝、絕緣工藝等難點(diǎn)，進(jìn)行工藝研究以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)線圈的絕緣和通流能力需求。最后完成超導(dǎo)磁體系統(tǒng)短樣、接頭、單線圈以及線圈整體制作與測(cè)試工作，為高溫超導(dǎo)限流器裝置的工程應(yīng)用做一些探索研究。本研究中500 kV高溫超導(dǎo)限流器磁體的室溫孔徑為1660 mm，總高度為1960 mm，液氮量為2000 L，中心最大磁場(chǎng)為0.45 T，額定勵(lì)磁安匝數(shù)468 000安匝(帶鐵芯)，由3組線圈并聯(lián)組成，運(yùn)行電流分別為220 A(YBCO線圈)/1000 A(Bi2223線圈)/220 A(YBCO線圈)，杜瓦注入液氮后冷卻，成功實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁。

2 500 kV限流器高溫超導(dǎo)磁體制作工藝

高溫超導(dǎo)限流器磁體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部設(shè)置有液氮杜瓦，超導(dǎo)磁體線圈浸泡在液氮杜瓦中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，外部為真空杜瓦腔體，為超導(dǎo)磁體低溫運(yùn)行提供隔熱環(huán)境，而真空杜瓦外壁則作為電抗器油箱的一部分，電抗器鐵芯就安裝在磁體中心的室溫孔中[8]。

圖1 超導(dǎo)磁體杜瓦結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 限流器高溫超導(dǎo)磁體線圈繞制技術(shù)

本設(shè)計(jì)選用Type HT-CA型Bi2223高溫超導(dǎo)帶材，帶材橫截面尺寸為4.8 mm×0.34 mm，在溫度77 K且外場(chǎng)0.5 T條件下的臨界電流為220 A。該超導(dǎo)帶材性能見表1。

表1 Bi2223超導(dǎo)帶材基本參數(shù)

第二代高溫超導(dǎo)帶材YBCO使用上海超導(dǎo)公司的產(chǎn)品，帶材橫截面尺寸為4.8 mm×0.28 mm，在溫度77 K自場(chǎng)件下的臨界電流為160 A，性能見表2。

表2 YBCO超導(dǎo)帶材基本參數(shù)

超導(dǎo)磁體線圈采用多雙餅線圈串并聯(lián)組合結(jié)構(gòu)，整個(gè)限流器超導(dǎo)磁體線圈結(jié)構(gòu)一共由88個(gè)雙餅雙帶線圈組裝而成，根據(jù)磁場(chǎng)分布情況把這些雙餅用不同的方式串聯(lián)或并聯(lián)起來構(gòu)成繞組，各個(gè)雙餅之間放置作為餅間絕緣和構(gòu)成餅間冷卻通道的絕緣件。超導(dǎo)線圈主要參數(shù)見表3。

表3 超導(dǎo)線圈主要參數(shù)

雙餅雙帶線圈繞制技術(shù)是研究的關(guān)鍵技術(shù)，將2組線盤等分對(duì)繞在2個(gè)線盤上；然后將2組線盤的2個(gè)分線盤分別固定在雙餅單元繞制骨架和放線機(jī)構(gòu)上，放線機(jī)構(gòu)側(cè)2組線通過導(dǎo)位輪疊加入線，繞線機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，繞制正餅；正餅繞完后，將固定在骨架上的2個(gè)線盤拆下來再次安裝在放線機(jī)構(gòu)上，繞線機(jī)反轉(zhuǎn)，繞制反餅，從而完成雙餅雙帶繞制過程[9]，如圖2所示。

圖2 雙餅雙帶線圈繞制原理示意圖

為了解決高壓絕緣問題，采用G10高強(qiáng)度玻璃纖維作為雙餅雙帶線圈的骨架材料?？紤]到纖維材料的成型工藝會(huì)顯著影響材料的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，板材是壓制成型，棒材是卷制成型，沿層壓方向抗拉強(qiáng)度很低，而垂直層壓方向的剪切強(qiáng)度會(huì)很低，骨架需要承受向心壓力和周向拉力，因此卷制成型的G10層壓方向垂直指向圓心，以滿足本研究中樣機(jī)骨架制作受力要求，如此大尺寸G10環(huán)材料通過定制模具卷制G10筒體，然后再分割加工成88個(gè)G10骨架，如圖3所示。

圖3 骨架制作照片

線圈的精密繞制技術(shù)是磁場(chǎng)本身均勻可靠性保證之一，限流器高溫超導(dǎo)磁體線圈精密繞制技術(shù)也一直是磁體制造的難點(diǎn)，需要保證整個(gè)繞制過程中線材的張力保持恒定，同時(shí)必須保證排線的均勻。根據(jù)磁體設(shè)計(jì)參數(shù)，采用高精度數(shù)控機(jī)床加工制造磁體骨架，繞線機(jī)以恒力自動(dòng)進(jìn)行繞線，從而保障繞制后超導(dǎo)線圈的性能。

2.2 限流器高溫超導(dǎo)磁體線圈組裝技術(shù)

將高溫超導(dǎo)帶繞成88組雙餅雙帶線圈，疊加安裝在精密加工的氮槽筒體上。雙餅線圈在軸向上壓緊力的控制要比圓筒式繞組容易。骨架和筒體上設(shè)計(jì)有定位槽，嵌入鍵條保證雙餅線圈圓周方向的定位，筒體設(shè)置有液氮流動(dòng)通道，如圖4所示。筒體上下端安裝法蘭，用鈦合金螺桿連接上下法蘭，通過螺栓預(yù)緊力拉緊法蘭，壓緊線圈，雙餅線圈外側(cè)在外側(cè)接頭制作后由卡箍結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束，如圖5所示。

圖4 超導(dǎo)線圈組裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 繞制完成后雙餅線圈接頭制作照片

線圈組裝過程，用88組雙餅進(jìn)行線圈組裝，從最底部第一個(gè)雙餅開始數(shù)起，奇數(shù)餅稱為“反餅”，導(dǎo)線由外向里繞制；偶數(shù)餅則稱為“正餅”，導(dǎo)線由里向外繞制。一個(gè)“反餅”和一個(gè)相鄰的“正餅”組成一個(gè)單元，稱為“雙餅單元”。單元內(nèi)“正餅”和“反餅”之間具有絕緣與冷卻的通道，單元之間也具有絕緣與冷卻通道。當(dāng)雙餅線圈的線匝由2根及以上導(dǎo)線并聯(lián)組成時(shí)，并聯(lián)導(dǎo)線要在“反餅”內(nèi)側(cè)和“正餅”外側(cè)的線餅之間的聯(lián)線處進(jìn)行換位，最終使得線圈組裝后達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)安匝數(shù)。

2.3 超導(dǎo)磁體接頭制作工藝研究

影響超導(dǎo)線圈性能的另一重要因素在于線圈中線材性能最薄弱的位置——接頭。接頭位置的溫度、載流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，即接頭的臨界溫度、臨界電流、臨界磁場(chǎng)，直接影響整個(gè)超導(dǎo)線圈的通流能力。因此，超導(dǎo)接頭的制作工藝研究在高溫超導(dǎo)限流器設(shè)計(jì)制作中十分關(guān)鍵。如果受到工作環(huán)境中力、熱、電、磁的影響，接頭性能不夠，將直接導(dǎo)致超導(dǎo)材料失超(quench)。局部失超后，電阻升高產(chǎn)生焦耳熱，隨著熱量的傳播，將發(fā)生失超傳播(quench propagation)[10]。

超導(dǎo)帶有超導(dǎo)面和非超導(dǎo)面。接頭制作需要注意保證超導(dǎo)面之間的有效搭接，壓接要平整，受力要均勻。任何彎折都有可能會(huì)影響到帶材的性能。焊錫填充要均勻而且飽滿，虛焊的空隙有可能引起磁體的超導(dǎo)帶材發(fā)生位移，移動(dòng)就會(huì)切割磁感線產(chǎn)生焦耳熱。錫焊完成后不能有鋒利的邊棱和焊錫高點(diǎn)，這些細(xì)節(jié)對(duì)接頭的受力和絕緣都有很大的影響，所以制作工藝的關(guān)鍵就是細(xì)節(jié)的處理。

接頭的搭接結(jié)構(gòu)如圖6所示[11]，接頭的臨界電流和接頭電阻需要進(jìn)行測(cè)試確認(rèn)，通過固化工藝過程并設(shè)計(jì)專用工裝控制壓力、壓下量和溫度，保證接頭性能的穩(wěn)定。

圖6 超導(dǎo)帶材接頭搭接示意圖

2.4 超導(dǎo)磁體杜瓦制作

超導(dǎo)磁體杜瓦在高溫超導(dǎo)限流器磁體系統(tǒng)中具有2個(gè)作用。其內(nèi)部腔體為超導(dǎo)磁體提供低溫運(yùn)行空間環(huán)境，而外壁則作為電抗器油箱的一部分。超導(dǎo)磁體杜瓦制作既要提供超導(dǎo)磁體所需的低溫環(huán)境，又要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上符合飽和鐵芯的工作要求，還應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)所需的空間結(jié)構(gòu)尺寸。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 組裝完成后的超導(dǎo)磁體杜瓦設(shè)計(jì)示意圖

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器溫升標(biāo)準(zhǔn)GB 1094.2—1996中對(duì)油浸式電抗器溫升的規(guī)定[12]，頂層油溫升限值為60 K?？紤]最高環(huán)境溫度為310 K，液氮工作溫區(qū)溫度為77 K，則在設(shè)計(jì)時(shí)接觸變壓器油的側(cè)壁要按照400 K溫度進(jìn)行漏熱校核。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本研究中限流器超導(dǎo)磁體的杜瓦結(jié)構(gòu)由液氮內(nèi)腔、中間真空層腔體和外杜瓦3層組合而成。其中最內(nèi)側(cè)杜瓦室溫孔用于與限流器飽和鐵芯進(jìn)行裝配，限流器最外側(cè)壁需要浸泡在變壓器油中，屬于第一層結(jié)構(gòu)，主要工作在400 K溫區(qū)。外側(cè)壁需要設(shè)計(jì)較大尺寸的窗口用來引出內(nèi)側(cè)杜瓦的電流引線、控制檢測(cè)信號(hào)線，還需要設(shè)置液氮的輸入以及氮?dú)獾呐懦艿澜涌?，另外需要設(shè)置有給真空腔體進(jìn)行抽空的連接接口。此外，外側(cè)壁窗口設(shè)計(jì)有密封結(jié)構(gòu)，用于隔離變壓器油。中間層為真空環(huán)境，用于隔絕內(nèi)側(cè)低溫環(huán)境和外側(cè)高溫環(huán)境的傳導(dǎo)熱?？紤]到空間尺寸的限制，中間層內(nèi)壁和外杜瓦內(nèi)壁需要共用，增大了漏熱設(shè)計(jì)的難度。最內(nèi)層結(jié)構(gòu)為封閉的液氮腔體，屬于液氮低溫溫區(qū)，超導(dǎo)線圈就是浸泡在液氮腔體內(nèi)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的，整個(gè)液氮腔懸掛在真空腔內(nèi)，以最大限度地降低接觸傳導(dǎo)熱[13]。

本研究中采用減壓降溫方式進(jìn)行制冷，因此杜瓦液氮腔正常運(yùn)行壓力小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮負(fù)壓運(yùn)行時(shí)可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，杜瓦正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣體要直接排空，因此設(shè)計(jì)有安全閥，保證杜瓦內(nèi)部不出現(xiàn)過壓。為減小杜瓦漏熱，杜瓦蓋板處設(shè)計(jì)為真空夾層結(jié)構(gòu)，降低杜瓦對(duì)流漏熱，同時(shí)增加了杜瓦高度。但該結(jié)構(gòu)需要將超導(dǎo)磁體封閉在杜瓦內(nèi)部，這樣的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)制作變得復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)維護(hù)的靈活性變差。杜瓦腔體設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表4。

表4 杜瓦腔體設(shè)計(jì)參數(shù)

超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)有支撐結(jié)構(gòu)，用于內(nèi)杜瓦與外杜瓦間的連接和定位。支撐結(jié)構(gòu)的材料需要降低傳導(dǎo)漏熱，同時(shí)可以承受較大的壓力，以確保磁體系統(tǒng)在運(yùn)輸或轉(zhuǎn)運(yùn)過程中抵抗外力作用，保證磁體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全。綜合考慮強(qiáng)度和導(dǎo)熱因素，強(qiáng)度越高、導(dǎo)熱性越差的材料越適合作為支撐材料，本研究分別選擇鈦合金TC4作為拉桿材料、G10用作壓桿支撐材料[14]。

采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊進(jìn)行杜瓦結(jié)構(gòu)的焊接時(shí)，焊接技術(shù)需要控制真空密封的同時(shí)控制焊接熱量，以保證內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)和絕熱層材料不會(huì)過熱損壞。杜瓦焊接過程需要綜合考慮不銹鋼和銅等不同結(jié)構(gòu)材料的材質(zhì)、薄厚、應(yīng)力分布因素，采取不同的焊接坡口形式和尺寸。通過合理安排焊接順序、設(shè)計(jì)焊接工裝，針對(duì)不同的焊縫類型，分別采用對(duì)稱焊、分段退焊等措施，減少焊接內(nèi)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布均勻。

3 500 kV限流器超導(dǎo)磁體的測(cè)試研究

3.1 超導(dǎo)磁體制作測(cè)試指標(biāo)

對(duì)超導(dǎo)限流器系統(tǒng)主要進(jìn)行以下性能指標(biāo)的測(cè)試試驗(yàn)：

(1)超導(dǎo)帶材短樣性能測(cè)試；

(2)超導(dǎo)接頭制作性能測(cè)試；

(3)超導(dǎo)磁體單線圈在77 K下的穩(wěn)定通流電流；

(4)超導(dǎo)磁體在77 K下的絕緣耐壓測(cè)試；

(5)超導(dǎo)磁體在77 K下的穩(wěn)定通流電流測(cè)試；

(6)測(cè)量超導(dǎo)磁體在72 K(抽空減壓到51 kPa)下的穩(wěn)定通流電流測(cè)試。

Type HT-CA型Bi2223高溫超導(dǎo)帶材性能數(shù)據(jù)來源文獻(xiàn)較多，本研究主要對(duì)國(guó)產(chǎn)的第二代高溫超導(dǎo)帶材YBCO性能進(jìn)行測(cè)試確認(rèn)。各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)如表5所示。

表5 超導(dǎo)YBCO線圈測(cè)試技術(shù)參數(shù)

3.2 超導(dǎo)磁體YBCO帶材短樣性能

搭建測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試平臺(tái)主要元件包含計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)、Keithley2000表、Keithley2182表、電源系統(tǒng)、分流器，勵(lì)磁至目標(biāo)電流(160±20)A，設(shè)置失超判據(jù)1 μV/cm，測(cè)得YBCO超導(dǎo)帶材短樣臨界電流為158 A，理論上雙帶并聯(lián)臨界電流能夠達(dá)到316 A。

3.3 超導(dǎo)磁體YBCO帶材接頭制作性能測(cè)試

并聯(lián)的雙餅雙帶制作好接頭，在測(cè)量程序界面設(shè)置超導(dǎo)帶材接頭的長(zhǎng)度為30 cm、勵(lì)磁電流升流速度為1 A/s，勵(lì)磁至目標(biāo)電流(300±20)A，設(shè)置失超判據(jù)1 μV/cm，測(cè)得短樣接頭的U-I曲線如圖8所示，計(jì)算接頭電阻3.5 nΩ。

圖8 超導(dǎo)帶材接頭測(cè)試曲線

3.4 超導(dǎo)磁體YBCO帶材單線圈在77 K下的穩(wěn)定通流電流

本研究將YBCO帶材繞制的單線圈勵(lì)磁至目標(biāo)電流(250±20)A，失超判據(jù)0.1 μV/cm，測(cè)得雙餅線圈的U-I曲線如圖9所示，計(jì)算整個(gè)線圈的電阻為1618 nΩ，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖9 雙餅線圈測(cè)試曲線

整個(gè)測(cè)試過程中需要壓緊線圈并做好固定，避免超導(dǎo)帶測(cè)試過程中低溫收縮產(chǎn)生很大張力，回溫后張力釋放導(dǎo)致線圈發(fā)生位移變形。帶材測(cè)試電壓引線和帶材接頭都需要進(jìn)行有效固定，防止磁場(chǎng)下受力發(fā)生移動(dòng)。線圈電壓引線設(shè)置在距離帶材加電的電流引線50 mm處，可以有效保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。線圈和測(cè)試杜瓦底部有液氮流通通道，線圈內(nèi)部接頭位置都焊接有電壓引線監(jiān)測(cè)點(diǎn)，接頭和電壓引線必須同時(shí)引出，分別進(jìn)行電流信號(hào)和電壓信號(hào)的采集。為了盡量降低降溫過程冷縮不均勻可能導(dǎo)致的受力風(fēng)險(xiǎn)，降溫速率要控制，先用氮?dú)饨禍?.5 h，再用液氮冷卻底板0.5 h，最后開始積液，降溫速率控制在5 K/min。

3.5 超導(dǎo)磁體絕緣耐壓測(cè)試

聚酰亞胺薄膜在液氮中的交流和直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)分別為274.91和422.93 kV/mm[15]。因此選擇采用25 μm厚聚酰亞胺膠帶對(duì)超導(dǎo)帶材進(jìn)行雙帶半截疊包繞，此時(shí)的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為25 kV，可以滿足超導(dǎo)磁體整體10 kV耐壓的技術(shù)指標(biāo)要求。

試驗(yàn)時(shí)，分段測(cè)試，待測(cè)試線圈兩端短接后與儀表連接，其他線圈接頭短路后與鐵芯在同一地點(diǎn)單點(diǎn)接地。選擇測(cè)試電壓從500 V逐步過渡到2500 V。注意低溫管道和鐵芯需要可靠接地，除了繞組以外其他聯(lián)接部件均需要短路并可靠接地，如圖10所示。測(cè)試前檢查測(cè)量保護(hù)設(shè)備，接好試驗(yàn)線路的高壓引線，并注意對(duì)地距離不小于1 m。加載試驗(yàn)電壓，待電阻值穩(wěn)定后記錄此時(shí)的絕緣電阻，引線對(duì)地交流絕緣電阻在2.5 kV測(cè)試電壓下，電阻值大于1 GΩ。

圖10 絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)接線圖

3.6 磁體系統(tǒng)整體低溫下勵(lì)磁測(cè)試

完成超導(dǎo)磁體和杜瓦部件的制作和測(cè)試后，可以進(jìn)行超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的集成，如圖11所示。氮槽需要抽空減壓，實(shí)現(xiàn)72 K液氮溫區(qū)。內(nèi)、外杜瓦上端板間采用真空密封，包含真空絕熱管道在內(nèi)，系統(tǒng)僅具有一個(gè)真空夾層，設(shè)置有真空計(jì)進(jìn)行真空度的監(jiān)測(cè)。

圖11 超導(dǎo)磁體系統(tǒng)液氮測(cè)試設(shè)備照片

本工作對(duì)制作完成的超導(dǎo)磁體進(jìn)行4次勵(lì)磁測(cè)試。分別為線圈單獨(dú)測(cè)試一次、線圈整體測(cè)試一次、組裝后的整體按照70%裕度測(cè)試一次，以及最終按照設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行勵(lì)磁測(cè)試，最終測(cè)試運(yùn)行電流分別為220 A(YBCO線圈)/1000 A(Bi2223線圈)/220 A(YBCO線圈)(圖12)，此時(shí)的中心場(chǎng)B0=0.45 T，額定勵(lì)磁安匝數(shù)為468 000安匝。

圖12 超導(dǎo)限流器磁體線圈分段勵(lì)磁時(shí)的磁場(chǎng)分布

4 結(jié) 論

本工作研制了500 kV飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器樣機(jī)，運(yùn)行電流分別為220 A(YBCO線圈)/1000 A(Bi2223線圈)/220 A(YBCO線圈)，實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)磁體在限流器中的作用和目標(biāo)。

實(shí)施過程中，針對(duì)高溫超導(dǎo)限流器線圈的繞制工藝、線圈制作工藝、絕緣工藝等難點(diǎn)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，最后完成超導(dǎo)磁體系統(tǒng)短樣、接頭、單線圈以及線圈整體的制作與測(cè)試，裝入鐵芯后進(jìn)行500 kV高溫超導(dǎo)限流器磁體系統(tǒng)整體測(cè)試，為高溫超導(dǎo)帶材研究的大科學(xué)工程應(yīng)用研究提供一些經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

為解決大電力系統(tǒng)中熔斷器開斷容量不足問題提供超導(dǎo)思路，為今后進(jìn)一步研究電力系統(tǒng)最理想的限流超導(dǎo)限流器裝置提供一些工程經(jīng)驗(yàn)。

飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器存在的問題是超導(dǎo)體正常態(tài)電阻值有限，而且在正常態(tài)下承載大電流時(shí)，會(huì)散發(fā)熱量，且故障發(fā)生后超導(dǎo)態(tài)恢復(fù)需要一段時(shí)間，以上問題有待進(jìn)一步研究解決。