110kv冷绝缘高温超导电缆的模型建立及失超特性研究

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1、劣臻交硕士学位论文llOkV冷绝缘高温超导电缆的模型建立及失超特性研究ModelingandQuenchResearchof110kVColdDielectricHTSCable作者：于涛导师：方进北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书rillIJJlIIIIIMPrllIIrlIrrlllflJY2603082本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位

2、论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：寸导师签名：签字日期：伽尹年了月了／日签字日期．∽／中图分类号：TM26；TP277学校代码：10004瓷,UDC：621．3密级：公开北京交通大学硕士学位论文1lOkV冷绝缘高温超导电缆的模型建立及失超特性研究ModelingandQuenchResearchof10kVColdDielectricHTSCable作者姓名：于涛导师姓名：方进学位类别：工学学科专业：电气工程学号：11121705职称：教授学位级别：硕士研究方向：超导电力技术北京交通大学2014年3月致谢本篇论文是在我的导师方进教授的指导下完成的，方教授渊博的专业知识和严谨的学

3、术作风以及高尚的为人风格让我受益匪浅，在此，对方教授的悉心指导和全面帮助表示最衷心的感谢。本篇论文得到了中国电力科学研究院魏斌博士的全面指导和悉-t3帮助，魏博士为本篇论文提供了大量创造性的思想和宝贵的意见，在此，对魏博士给予的帮助表示衷心的感谢。中国电力科学研究院的丘明教授提供了良好的实习机会和学习平台，并给予了各方面的关心和帮助，对此表示衷心的感谢。在中国电力科学研究院实习的一年半时间里，同时得到了侯经洲，陈盼盼，赵勇青，高超等的指导和帮助，尤其是侯经洲在PSCAD／EMTDC建模方面给予的指导，对我的毕业设计提供了极大的帮助。在此，对他们表示衷心的感谢。感谢中科院电工所孙强在有限差分

4、法求解二维偏微分方程方面给予的帮助，感谢陈盼盼和董大磊在LABVIEW编程方面给予的帮助，感谢赵翔在SolidWorks绘图方面给予的帮助，感谢周卓楠，栗会峰和申政在ANSYS仿真方面给予的帮助，感谢李云贤，叶青，尹磊等所有给予过我帮助的同学们。最后，感谢我的家人在生活和学习上的全面支持和帮助，使我能够顺利完成学业，在此，对我的家人表示深深的谢意。北京交通大学硕士学位论文中文摘要摘要：高温超导电缆是高温超导材料在电力领域应用的一个重要方面。高温超导电缆结构紧凑、输电容量大、线路损耗低、对环境污染小，已成为解决高密度输电的最佳选择之一，必将为电力行业带来重大技术革新。高温超导电缆必须运行在液

5、氮环境中，通过电缆的电流必须小于临界电流，此时的电缆超导层的阻值几乎为零，不产生焦耳热。在故障电流下，电缆失超，超导材料的阻值将会迅速增大，电流流过电缆后产生的焦耳热有可能将电缆本体烧毁，也可能导致冷却煤质急剧膨胀，从而损坏整个超导装置，甚至影响到整个系统运行的安全与稳定。因此，在高温超导电缆并网之前，有必要对超导电缆的失超特性进行研究，从而提出失超保护策略，保障超导电缆的安全运行。考虑到超导电缆的造价昂贵，实验研究耗费巨大，因此，有必要建立高温超导电缆的仿真模型，对其失超过程进行仿真研究。本文首先对高温超导带材进行了实验研究，测量得到高温超导带材的临界电流值，并对超导带材进行交流测量实验

6、，得到并分析了高温超导带材在失超过程中的电流电压波形及温度曲线。以高温超导带材的数学模型为基础，结合实验研究结果，本文建立了高温超导带材的故障电流冲击模型，并且探索出一种基于PSCAD／EMTDC和MATLAB的高温超导带材仿真模型的建立方法。将高温超导带材失超过程的仿真结果与实验测量结果进行定性比较，验证所建模型符合高温超导带材的失超规律。由于超导电缆的超导层由超导带材绕制而成，因此，超导层的失超规律与超导带材的失超特性密切相关，建模方法上也有一定的参考价值。结合超导电缆的结构特点，参照超导带材的建模方法，本文建立了110kV冷绝缘高温超导电缆的仿真模型。在仿真模型中设置单相接地、两相短

7、路和三相短路故障，对超导电缆在故障电流下的失超过程中的温度及电阻率进行了计算，得到并分析了失超过程中的各参数波形图。最后，对电缆完全失超后的本体温度、时间和电流密度之间的关系进行了计算，并对计算结果进行了分析。计算结果将对超导电缆的保护策略研究具有一定的参考价值。关键词：高温超导电缆；失超；建模；PSCAD／EMTDC；故障电流分类号：TM26；TP277北京交通大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTABSTR