冷绝缘高温超导电缆终端应力锥的设计与分析

发布时间：2017-03-20 10:08

  本文关键词：冷绝缘高温超导电缆终端应力锥的设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高温超导电缆以其通流容量大、体积小、重量轻等优点,成为近年来研究和发展的热点。高温超导电缆需要放置在液氮中保持超导状态,因此需要额外的超导冷却循环装置。因其制冷方面的局限性,目前在电力传输中无法做到大规模、长距离的应用,需要与电网中的常规用电设备配合使用。在常规电网和高温超导电缆的连接中,涉及到液氮温区向常温的温度过渡和高温超导电缆到常规电网的电气连接,这两个过程均需要高温超导电缆终端来实现。应力锥作为高温超导电缆终端的重要部分,起到了匀化终端处电场分布的作用,能够有效预防终端电场集中造成绝缘击穿等事故的发生。本文首先就剥除屏蔽层的超导电缆终端的电场进行分析,推导出高温超导电缆终端电场分布的解析式,找到了影响高温超导电缆终端电场分布的因素,总结了改善高温超导电缆终端的各种控制方式,建立了高温超导电缆终端应力锥的电路模型,进而推导出超导电缆终端应力锥的设计公式,得出了应力锥的理论计算结果。结合理论计算结果,利用ANSYS对其不同的结构参数一一应力锥长度、增绕绝缘厚度、应力锥端部半径、反应力锥长度进行了仿真设计和对比分析,综合分析后确定了超导电缆终端应力锥的优化结构尺寸和结构参数。然后根据冷绝缘超导电缆终端用绝缘材料在液氮环境下仍能保持良好的绝缘性能、机械性能的要求,确定了环氧树脂作为超导电缆终端的绝缘材料。配制了不同比例的环氧树脂进行击穿试验作对比,确定了高温超导电缆终端用环氧树脂的最佳配置比例。为了获得该环氧树脂在液氮下局部放电的发生发展过程,对其进行了局部放电试验,得到了局部放电的Φ-Q谱图,总结归纳了液氮下环氧树脂局部放电的起始、发展、严重、危险四个放电阶段。最后,根据超导电缆终端应力锥的设计方案,制作了高温超导电缆终端样机,开展了雷电冲击试验和局部放电试验。实验证明本文高温超导电缆终端结构设计是合理的,能够满足高温超导电缆终端的各项绝缘性能要求,验证了理论结果和仿真设计的正确性,为高温超导电缆终端应力锥的进一步研究发展奠定了一定的基础。
【关键词】：高温超导电缆终端 应力锥 结构设计 局部放电 低温绝缘
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM249.7
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 超导电缆的应用前景11-14
• 1.2.1 超导电缆的技术优势11-13
• 1.2.2 超导电缆的市场需求13-14
• 1.3 超导电缆及其终端的研究进展14-18
• 1.3.1 超导技术产业的政策支撑14-15
• 1.3.2 超导电缆及其终端的研究现状15-18
• 1.4 本文的主要工作18-21
• 2 高温超导电缆终端电场分析及其等效模型21-31
• 2.1 冷绝缘高温超导电缆结构21
• 2.2 冷绝缘高温超导电缆终端放电形式21-23
• 2.3 冷绝缘高温超导电缆终端等效电路模型23-25
• 2.4 改善高温超导电缆终端电场的方式25-28
• 2.5 添加应力锥的高温超导电缆终端等效电路模型28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 3 高温超导电缆终端应力锥的结构设计及仿真分析31-49
• 3.1 超导电缆应力锥终端结构参数设计原理31-34
• 3.1.1 应力锥面的设计公式31-33
• 3.1.2 反应力锥面的设计公式33
• 3.1.3 增绕绝缘厚度的设计公式33-34
• 3.2 高温超导电缆应力锥终端的理论计算结果34-36
• 3.3 高温超导电缆应力锥终端的有限元分析36-41
• 3.3.1 有限元原理基础36-37
• 3.3.2 高温超导电缆应力锥终端模型的建立37-41
• 3.4 应力锥结构参数对超导电缆终端电场的影响分析41-47
• 3.4.1 应力锥长度参数对终端电场分布的影响41-42
• 3.4.2 增绕绝缘厚度参数对终端电场分布的影响42-44
• 3.4.3 反应力锥长度参数对终端电场分布的影响44-46
• 3.4.4 应力锥端部半径参数对终端电场分布的影响46-47
• 3.5 高温超导电缆应力锥终端的最终设计方案47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 4 高温超导电缆终端绝缘加工及其性能测试49-67
• 4.1 环氧树脂的组分构成及其配制加工50-52
• 4.2 环氧树脂材料的绝缘强度测试实验52-56
• 4.2.1 固体绝缘击穿理论分析52-53
• 4.2.2 影响固体介质击穿电压的因素53-54
• 4.2.3 提高固体电介质击穿电压的方式54-55
• 4.2.4 环氧树脂击穿测试系统及其结果分析55-56
• 4.3 环氧树脂的局部放电测试56-65
• 4.3.1 固液局部放电理论分析56-58
• 4.3.2 环氧树脂的局部放电试验平台58-61
• 4.3.3 局部放电试验及其结果分析61-65
• 4.4 本章小结65-67
• 5 冷绝缘高温超导电缆应力锥终端的加工与测试67-73
• 5.1 应力锥终端的性能要求67
• 5.2 高温超导电缆应力锥终端的加工67-68
• 5.3 高温超导电缆应力锥终端的绝缘性能试验68-72
• 5.4 高温超导电缆应力锥终端的局部放电试验72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 结论73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 下一步工作展望73-75
• 参考文献75-79
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果79-83
• 学位论文数据集83

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