超導裝置電流引線的研制及裝置級試驗檢測方法研究.pdf

1、超導電力技術可望為未來的電力系統(tǒng)帶來革命性的技術突破，但超導電力技術要真正進入市場還存在諸多問題，其中，運行成本的降低和入網(wǎng)考核就是兩個亟待解決的主要問題。在超導電力裝置中，通過電流引線侵入低溫環(huán)境的熱損耗占整個低溫系統(tǒng)損耗的絕大部分，為提高超導電力裝置的效率，抑制電流引線的熱侵入是一個非常重要的技術課題。同時，由于電力系統(tǒng)的重要性，超導電力裝置入網(wǎng)前必須通過嚴格的性能測試，但目前國內外尚未建立一套完善的試驗檢測規(guī)程和方法，無法對超導電

2、力裝置是否具備入網(wǎng)條件進行科學的判斷。因此，本文以超導電力裝置電流引線的設計及裝置的試驗檢測方法為中心展開了研究。 在電流引線的設計方面，根據(jù)傳熱學理論，構建了一元引線和二元引線的熱流模型，應用迭代法對模型低溫端的熱流進行了分析和仿真。在考慮電流引線的冷卻方式、工作溫區(qū)、工藝制作、經(jīng)濟成本及其所屬超導裝置的運行狀態(tài)的前提下，提出了運動型小電流等級超導電力裝置宜采用的引線形式和結構。結合引線的運行環(huán)境、絕緣水平和工藝特點，對300

3、kVA高溫超導變壓器的電流引線進行了結構優(yōu)化。針對電動車組超導變壓器的空間限制，提出了延長引線路徑的方法，有效解決了引線長度的延長與空間高度的限制之間的矛盾。分析了引線溫升、熱流與引線橫截面積的關系，提出了超導裝置電流引線的工程設計應先確定引線橫截面積，再進行優(yōu)化設計的原則。設計并制作了簡易的引線漏熱測量裝置，對仿真結果進行了試驗驗證，試驗結果與仿真計算基本吻合。通過引線預冷試驗，探討了引線絕緣層的覆蓋方式和澆鑄工藝，較好地完成了從引線

4、優(yōu)化，到實驗驗證，再到工藝實現(xiàn)的過渡。 建立了制冷機直接冷卻的高溫超導磁儲能系統(tǒng)二元引線的熱流模型。為便于引線設計、制作和分開檢測，提出了模塊式引線構造，并分模塊對引線進行了優(yōu)化設計：對三種不同金屬材料的最小漏熱、價格和機械性能進行了分析和比較，確定了金屬模塊的材料，優(yōu)化后的單根銅引線的漏熱與Hull所計算的傳導冷卻形式的電流引線的漏熱相當，比Wilson于1983年所得到漏熱值略低；設計了引線的絕緣與導熱結構，計算了中間連接部

5、分的焦耳熱和界面熱阻引起的漏熱；將理論計算與成本分析相結合，確定了高溫超導模塊的長度。分析了與引線共用一臺制冷機的輻射屏的輻射漏熱，在此基礎上，得到了所需制冷機的冷量。通過磁體冷卻、通額定電流、過載電流、不同升流速率通流和動模實驗驗證了引線的性能，并對實驗結果進行了分析，討論了改善引線室溫端熱流分布的措施。探討了引線通流水平對其密封性能的影響。 為驗證激光切割后氮化鋁墊片的適用性，對氮化鋁墊片進行了激光打孔試驗。將激光打孔后的墊片

6、制成試樣，在金相顯微鏡和電子掃描電鏡下進行了形貌觀察和成分分析。根據(jù)氮化鋁的傳熱機理和激光打孔后孔周區(qū)域化學變化的分析，提出了激光打孔后，自孔向外延伸，將激光打孔對氮化鋁熱導率的影響分為三個區(qū)域的觀點；闡述了激光打孔后孔周表面Al和Al2O3的析出及其分布狀態(tài)與孔周絕緣水平的關系。在此基礎上，給出了氮化鋁激光打孔的適宜切割條件。 在超導電力裝置試驗檢測方法的研究方面，針對目前國內在超導電力裝置性能檢測方法研究方面的空白，從超導電