盘式超导限流器中绝缘材料与绝缘结构的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文盘式超导限流器中绝缘材料与绝缘结构的研究硕士研究生：孙灏学号：1120319063导师：肖登明副导师：金之俭申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程系答辩日期：2015.1.16授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterASTUDYONINSULATIONMATERIALANDSTRUCTUREPROBLEMSINPANCAKESTRUCTURESUPERCONDUCTINGFAULTCURRENTLI

2、MITERCandidate：SunHaoStudentID:1120319063Supervisor：XiaoDengmingAssistantSupervisor:JinZhijianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：DepartmentofElectricalEngineeringDateofDefence：2015.1.16Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoT

3、ongUniversity上海交通大学硕士学位论文盘式超导限流器中绝缘材料与绝缘结构的研究摘要电阻型超导限流器是众多超导电力设备中最有应用前景的设备。但在高电压等级电网中，超导限流器存在占地面积过大的不利因素。考虑到空间利用率，超导带材绕成线圈的盘式结构超导限流器更有应用前景。当电网发生短路故障时，超导线圈两端会承受很大的电压，线圈中内、外两层带材直接接触，如果再考虑到线圈中的电压在短时会出现不均匀分布的情况，相邻两层带材之间也可能会出现很大的电压。因此，必须采取手段确保绝缘安全。本文在分析了多种低温环境下经常使用的绝缘材料以后，选取Nomex（聚芳酰胺纤

4、维纸）和Kapton（聚酰亚胺薄膜）作为超导带材的绝缘材料。设计实验测定了这两种材料在空气中以及液氮中的交流击穿强度和沿面闪络强度。超导带材厚度很薄，边缘非常锋利，论文就带材厚度对绝缘层绝缘强度的影响进行了研究。超导带材绕包绝缘层的方法有两种：平行绕包和纵向绕包。论文设计实验比较了这两种绕包方式的不同之处，还制作了用以模仿线圈中超导带材面对面接触的情况的电极与支撑结构，研究了在这种实际工况下的绝缘问题。此外，论文还提出了一种新颖的在超导带材上加绝缘层的方法：热镀法。这种方法将一种粘稠的聚酰亚胺试剂涂抹在超导带材上，经过恒温炉烘干后，溶剂挥发，聚酰亚胺绝缘层

5、就固化在带材表面。论文比较了绕包法和热镀法的绝缘性能，包括绝缘强度和局部放电剧烈程度。最后论文研究了超导限流器的套管问题。设计实验探究套管在出线凝露或覆冰现象时的绝缘性能。讨论了套管端部的电场分布问题，I上海交通大学硕士学位论文采用设置电容锥的手段来均匀电场分布，并以220kV电压等级的超导限流器为例，计算了电容锥金属屏数目与位置等相关参数。本论文所有研究与实验的结果，可以用来设计和优化220kV电压等级的盘式结构电阻型超导限流器，在保证绝缘水平的前提下，尽量减小限流器的占地面积，提高其经济性。关键词：超导限流器，盘式结构，绝缘强度，局部放电，电容锥II上

6、海交通大学硕士学位论文ASTUDYONINSULATIONMATERIALANDSTRUCTUREPROBLEMSINPANCAKESTRUCTURESUPERCONDUCTINGFAULTCURRENTLIMITERABSTRACTAresistive-typesuperconductingfaultcurrentlimiter(SFCL)isoneofthemostpromisingsuperconductingdevicesinanelectricalpowersystem.However,anSFCLhastheveryobviousdisadva

7、ntageofalargespacerequirementwhenappliedinhigh-voltage-levelpowernetworks.Consideringthespaceutilizationefficiency,apancakestructureinwhichsuperconductingtapesarewoundintocoilsshouldbeadopted.Whencertainfaultsoccurinapowergrid,arelativelyhighvoltagedifferencewillbepresentinthetape

8、coil.Theinnerandouterlayersareind