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超导电力装置的特点及国际发展动态
超导电力装置的特点及国际发展动态
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超导电力装置的特点及国际发展动态
随着大城市用电负荷的日益增加,高压架空线深入城市负荷中心又受到许多因素的影响。因此,往往需要采用地下电缆将电能输往城市负荷中心。在这种情况下,采用高温超导输电电缆有明显的优势,是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。但是,由于超导绕组必须运行在液氦或液氮温区,同时又因超导绕组电流密度大,给电机的设计、制造和运行带来一系列新的技术问题。例如,大电流密度和高磁场的超导电机绕组设计和电磁计算,超导绕组的阻尼屏蔽结构,超导绕组的稳定性和失超?;?,超导绕组低温容器的真空绝热和密封技术,超导绕组冷却技术,以及高速旋转下冷却介质输运技术等都需要研究和解决。
在超导电力装置方面,国外研究开发的重点主要是高温超导限电缆、高温超导限流器、超导储能装置、高温超导变压器、高温超导电动机以及无功功率补偿用的高温超导同步发电机等。
1.高温超导电缆
高温超导电缆采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体,具有载流能力大、损耗低和体积小的优点,其传输容量将比常规电缆高3~5倍,而电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。虽然在交流运行状态下,它也存在磁滞、涡流等损耗,即交流损耗,但超导电缆只要超过一定长度后,即使考虑到低温冷却和终端所需的电能消耗,其输电损耗也将比常规电缆降低20%~70%。另外,高温超导电缆是采用液氮作冷却介质,在结构上还可以使其磁场集中在电缆内部,从而防止对环境的污染。同时,液氮冷却的高温超导电缆不会有漏油污染环境和发生火灾的隐患。
迄今为止,所研制的超导同步发电机只是转子励磁绕组采用超导线圈,电机的定子绕组一般仍然采用常规的铜绕组。这是因为电机的定子绕组是在50Hz工频下运行的,而超导体在交流运行条件下存在交流损耗。日本自1988年开始进行超导同步发电机研究,已研制出一台励磁绕组采用NbTi超导线绕制的70MVA超导同步发电机。这台电机采用超临界氦冷却,并于1997年成功地进行了试验。原计划准备在这基础上进一步研制200MVA超导同步发电机,但至今未进行。
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