PDF《基于 MgB》

D O I :

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0 0 / A E P S

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4 基于 M g B

2 的新型电阻型超导故障限流器的研制和性能分析 姚磊,郑建勇,梅军,王佳成,徐友(东南大学电气工程学院,江苏省南京市

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9 6 ) 摘要:超导故障限流器对限制短路电流和短路容量具有重要的研究意义.文中基于 M g B

2 的特 性, 采用先变形后退火的方法, 并利用特制高温玻璃纤维进行绝缘, 在退火处理后再通过环氧树脂 胶黏剂固化, 研制了一台小体积电阻型超导故障限流器样机.同时通过液氦和氦气冷却, 对其性能 进行测试;

通过建立电阻型超导故障限流器的一维热传导模型和电路方程, 对其动作特性进行仿 真.测试和仿真结果表明该样机限流效果明显, 限流百分比可达4 4%以上, 然而限流器的失超长 度、 超导线材温度和失超电阻随着时间呈非线性变化且限流器的线材并未全部失超.失超恢复时 间约为1. 5s , 可通过交替连接方式满足重合闸需求.最后针对1 0k V 电力系统, 提出了 M g B

2 的 小体积电阻型超导故障限流器工程设计原理, 并分析了其在工程应用中的可行性. 关键词:超导故障限流器;

二硼化镁;

短路电流;

超导设备 收稿日期:

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1 3 G

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1 0;

修回日期:

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0 5. 江苏省科技支撑计划资助项目( B E

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0 5 3) ;

江苏省产学研 联合创新资金资助项目( B Y

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1 5 ) .

0 引言 随着电网规模和电力系统容量的增大, 短路电 流水平和短路容量也随之增大, 这将给电网和电力 系统设备的安全运行带来很大的风险;

并且未来智 能电网对电力系统坚固性和可靠性要求 也越来越 高, 因此限制线路短路电流水平成为目前亟须解决 的问题. 常规的限制短路电流的方法是在线路中加装限 流电抗器, 但是在正常工作状态下会产生电压降落 和能量损耗[

1 ] .随着超导材料的发展, 出现了一种 新型的限流装置― ― ―超导故障限流器(superconductingf a u l t c u r r e n t l i m i t e r , S F C L) .在 众多S F C L中, 电阻型S F C L因具有反应速度快、 损 耗低、 能自动触发、 自动复位、 可多次动作等优点, 并 且集检测、 转换和限流于一体[ 2] , 在正常工作时呈现 零阻抗, 故障时可迅速转化为高阻抗状态, 瞬间限制 了短路电流, 而且结构简单, 故成为了一种理想的电 力系统故障限流装置[

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7 ] .

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0 1 年, 日本科学家Akimitsu发现了MgB2超导体[ 8] , M g B

2 超导体因具有较高的转变温度、 良 好的结构特性、 较强的机械性能、 快速的失超过程、 较高的热传导率、 相对低廉的制造成本[

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1 0 ] 、 较好的 临界电流密度和较高的电阻率[

1 1] 、 简单的制造工艺 等优点, 成为了制备超导故障限流器较理想的材料. 然而, M g B

2 线材通过粉末套管法( P I T) 工艺形 成后难以变形, 因而传统的基于 M g B

2 超导线材的 设备具有较大的形变半径, 体积较大[

1 2 ] .而实验室 所具备的杜瓦口径仅3 5mm, 无法将大直径限流元 件装入杜瓦中, 因此如何通过改变工艺制作一种小 体积S F C L, 具有一定的必要性.并且在工程应用 中, 减小了限流元件的体积就可以大大减小杜瓦的 体积、 减少漏热, 从而具有较好的应用前景. 为此, 本文研制了一台小体积电阻型 S F C L 样机, 并进行了分析.针对1 0k V 电力系统, 提出了 电阻型S F C L的工程设计原理和分析方法, 为基于 M g B