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随着电网规模的增大和互联程度的提高,有些大电网的短路故障电流水平已经达到输电设备无法承受的程度。基于YBCO超导带材的电阻型超导限流器(Resistive type Superconducting Fault Current Limiter,简称RSFCL)能够快速、可靠、有效地限制故障电流,被认为是最为行之有效的短路故障电流限制装置之一。对于高压大容量电网,RSFCL往往需要由多组无感超导线圈串并联而成,即组成矩阵式RSFCL。因此,研究RSFCL的稳态和暂态过程的均压均流特性有非常重要的意义。
本论文系统分析了YBCO超导带材的临界电流、失超电阻等几个与其限流特性相关的物理量,采用理论分析、建模仿真和实验研究相结合的方法展开了无感超导线圈均压均流问题的研究。针对均压问题,建立了无感超导线圈(或超导带材)的失超模型,深入研究了影响无感超导线圈均压特性的几种因素并分析了其影响程度;通过带材短样实验,验证了等值和不等值分流电阻对均压效果的改善作用,并给出了不等值分流电阻的选择依据。针对均流问题,从稳态与暂态两方面对引起均流问题的因素作了仿真分析,量化了某些因素对电流分配的影响;结合实验研究,提出了改善均流效果的方法。
在研究无感超导线圈的结构及其电磁场分布特征的基础上,考虑耐压、温度阈值和带材最小弯曲半径等限制因素的前提下,优化设计了无感超导线圈。
在此研究基础上,研制了矩阵式RSFCL,进行了RSFCL限流能力的分析、限流过程中温度与失超电阻变化特征的分析、均压均流分析以及失超恢复特性的分析。实验结果证明了无感超导线圈设计的合理性与仿真模型的正确性,且故障电流限制率满足≥50%的设计要求。通过无感超导线圈的均流均压技术研究,为高电压大容量超导限流器的开发提供了一定的理论依据。