高温超导限流器中液氮的高压直流击穿性质研究

发布时间：2020-07-04 07:55

【摘要】：我国经济发展迅速,随之而来的是各个地区用电需求量的迅速增长,为保障经济发展我国电网结构在不断的加强再加上我国电力资源和需求的分布不均匀,都使得电网中的短路故障电流水平也进一步上升,逐渐超出断路器的开断水平。因此,为保障电网的持续发展更以满足我国不断增长的用电需求,对短路故障电流的限制已经成为电网发展所面临的迫在眉睫的问题。目前限制短路故障电流的技术有很多,使用限流器是其中一种较为灵活的办法。但传统限流器有很多弊端,而利用超导材料特性所研制的超导限流器却可以解决这些弊端,能够设计出理想中的故障限流器。超导限流器有着低损耗、快响应、自恢复的优势,这些理想中的特性使得超导限流器的发展应用有着较大的前景。随着超高压特高压网络的不断建成,超导限流器的工作电压等级不断提升,而在高压下工作的超导限流器需要面对的首要问题之一便是绝缘问题,要在电网中应用,电力设备的安全性和可靠性是首要考虑的关键因素。超导限流器的超导绕组工作于液氮下的低温环境中,使其绝缘问题更加复杂,因此绝缘问题一直是限制超导限流器在更高电压等级中应用的障碍之一。超导限流器内存在绝缘问题的部分为超导绕组和杜瓦罐间的绝缘即主绝缘,超导带与超导带间的绝缘以及一盘超导绕组和相邻超导绕组盘间的绝缘。本文主要研究的超导限流器主绝缘的问题,首先为研究这一问题参考实际项目中160kV超导限流器的结构设计了COMSOL仿真模型对限流器主绝缘的电场分布进行了仿真。其次根据仿真结果设计了针板和球球两种电极下的液氮高压直流击穿试验并结合针板和球球电极仿真来研究液氮的高压直流击穿性质,其中对针板电极下的液氮击穿试验设计电极间距从5 mm至180 mm,击穿电压最高达到500 kV,对球球电极间距从5 mm到30 mm,击穿电压最高达到500 kV,为之前人们对液氮的直流耐压研究未达到的电压幅值。之后结合针板电极、球球电极、超导限流器主绝缘的电场仿真,对比他们间的电场分布再结合之前所得到的液氮耐压试验结果进行综合分析,绘制电压、场强等曲线,得出了用于判断液氮在直流电压下是否可能发生击穿的依据。最后利用上述分析结果对超导限流器的主绝缘进行的相关设计,使其能有更好的绝缘性能。在保障其绝缘性能的前提下,尽可能的减小其占地面积,提高经济性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM471
【图文】：

超导限流器,电阻型,结构示意图,低温环境

进行研宄［１５］，因此绝缘问题是制约超导限流器在更高电压等级电网中应用的关键逡逑问题之一。逡逑从图１－２中可以看出电阻型高温超导限流器装置的核心部件一一超导绕组等逡逑一般采用液氮浸泡以获得运行所必需的低温环境［１６］。在电阻型超导限流器中，液逡逑氮不仅需要给超导绕阻提供其所需的低温环境，还需要充当超导限流器中的绝缘逡逑４逡逑

电极间隙,击穿电压,液体体积,电极面积

（９０％应力电极面积）和｛ＳＬＶ｝９０邋（９０％应力液体体积），实验结果表明，随着逡逑｛ＳＥＡ｝９０或｛ＳＬＶ｝９０的增加，液氮的直流和交流击穿强度将降低到数值的１／５［１７］。逡逑部分结果如图１－３所示：逡逑１：０ｒ逦１逦１逦逦逦，：0ｆ逦＇逦＇——＇￣逦逦逡逑．逦Ｐｏｓｍｖｅ邋ｄｃ逦了逦Ｎｅｇａｔｉｖｅ邋ｉｋ逡逑＞，Ｍ－逦？逦－＞？0．邋Ｔ邋Ｔ逦■逦１逦，0）．逦＊逦．逡逑ＳＯＭ邋＇：邋Ｉ逦－邋＞邋Ｗ．逦兰．逡逑１邋ｈ邋ｒ－ｆ—ｉ逦１邋ｉ邋ｈ－逡逑－ｉ邋＊？邋＇＇＇Ｉ、逦．邋３，：邋＿—ｒ逦ｉ邋｜邋ｗ［邋／｜逦ｔ逦逦｜邋－逡逑ｉ逦0，二邋Ｉ逦。＿抑0一逦Ｉ邋｝逦。味－一0５，咖逡逑－－０？逦－邋ａ邋ａ－逦－邋ｓ邋２，，．逡逑0０逦３０５０逦￣＾—？—？￣＾￣？逦ｕ

【参考文献】