不同绕制工艺下超导限流器电磁分析与对比

国内外高温超导材料的研究发展概述***（材料科学与工程学院，中国计量学院，浙江杭州，310018）摘要超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。

本文主要从美国、日本、欧洲国家、韩国等国外国家的相关研发计划、政策以及主要科研机构的研发概况出发，结合中国发展现状阐明目前国内外超导材料技术的研究政策和方向。

关键词：超导材料技术；超导计划；超导应用；超导发展；研究方向中图分类号：文献标识码：文章编号：The development and application of high temperaturesuperconducting materials***（College of material science and engineering, China Jiliang University, ZhejiangHangzhou 310018）AbstractSuperconducting materials and technologies are strategically high-tech in the 21st century, and have highly potential andmarketprospects. This paperanalyzed the R&D programs and policies of the United States, Japan, European countries, SouthKorea, as well as R&D priorities of major scientific research institutions, introduced the current progress of superconducting materials and technologies research policies and priorities abroad.Keywords: Superconducting materials and technologies,Superconductivity Projects, R&D institu- tes,Research priorities0 引言超导材料技术是二十一世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。

第50卷第3期电力系统保护与控制Vol.50 No.3 2022年2月1日 Power System Protection and Control Feb. 1, 2022 DOI: 10.19783/ki.pspc.210517一种新型超导直流故障限流器熊佳玲，李文鑫，杨 超，杨天慧，信 赢(天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072)摘要：与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同，用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升，避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁。

针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理，并制作了原理验证样机。

通过对原理验证样机开展的一系列实验，证明了设计结构与原理的可行性。

实验结果也充分展示了这类限流器的功能特性，如其能充分利用铁芯的最大磁导率在短路故障发生的几个毫秒内实现最大限流感抗，从而有效抑制故障早期的短路电流上升率。

此外，可以通过对超导隔离环组数量的调整，设定限流器的限流阈值，灵活适应不同直流系统的限流需求。

关键词：超导；限流器；直流电网；限流阈值；短路故障A new type of superconducting DC fault current limiterXIONG Jialing, LI Wenxin, YANG Chao, YANG Tianhui, XIN Ying(School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Different from the fault current limiters used for an AC transmission system or a bipolar DC transmission system, a fault current limiting device for a multi-terminal flexible DC system should be able to effectively curb the rapid rise of fault current to avoid the lock of the bridge arm of current converter before the action of the line breaker. To satisfy this requirement, a basic structure and working principle of a new type of superconducting fault current limiter for a multi-terminal flexible DC power grid are proposed and a lab prototype for proof-of-principle is built. Through a series of experiments carried out on the prototype, the feasibility of the working principle and the designed structure has been confirmed. The test results have adequately demonstrated the functional characteristics of this kind of fault current limiter, such as that the current limiter can make full use of the maximum permeability of the iron core to achieve the maximum inductive impedance, and suppress the rising rate of the fault current within a few milliseconds after a short-circuit fault takes place. In addition, the current limiting threshold of the current limiter can be set by adjusting the number of superconducting isolation rings, so it can be flexibly adapted to different DC systems.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51677131).Key words: superconductivity; current limiter; DC power grid; current limiting threshold; short circuit fault0 引言随着人们对电网输送能力和系统供电可靠性要求的不断提高，高压直流输电在远距离、大容量输电和区域互联中得到了广泛应用[1-5]。

关于变电站电气设计中限流措施的合理采用分析摘要：在变电站工作中，短路电流的大幅度增加直接影响供电系统的正常工作。

为了保证供电系统工作的安全稳定，变电站在电气设计当中，需选用限流办法控制短路电流。

不只如此，变电站在停止电气设计时，需对合理选用限流办法，在不影响短路电流控制造用的前提下，尽量俭省资金。

关键词：变电站电气设计；限流措施；合理采用1 短路电流大幅增加对变电站的影响短路故障因其类型、发生地点和持续时间等不同，其危害程度也有所不同，可能仅破坏部分区域的正常可靠供电，也有可能越级破坏所接入大区域电网的安全稳定运行。

具体来看，短路电流增大的危险后果一般包括以下几个方面。

1.1 投资费用增加短路电流大幅增加以后，变电站出资费用也会相应增长。

随着短路电流大幅增加，变电站当中动、热便会发生不稳定的现象。

为了使变电站中的动、热能够更为稳定，变电站便需出资购买遮断电流才能更强的断路器及其配套的电气工具以及设备，变电站的出资费用随之增多。

1.2 人畜容易发生危险短路电流的增大在发作接地短路问题时，由于系统注入大地的电流过大，将产生强大的地电位回击，增加了系统接地点左近的跨步电压及接触电压，严重威胁人畜的生命安全。

1.3 故障点的破坏性增强当变电站中的短路电流大幅度增加，架空线路中的故障点便会遭到较为严重的损坏，详细表现于以下几点：首先，绝缘子遭到损伤，导线被熔断，致使架空线路难以持续工作。

其次，理地电缆会遭到较为严重的损伤，乃至触及其他电缆，使得其他电缆也遭到损伤。

最后，电缆、导线以及绝缘子都遭到不同水平的损伤，使得修理人员需破费许多时间停止修理，停电时间也需延长。

1.4 通信电路受到损害变电站短路电流大幅增加，并致使线路当中存在不对称短路时，电流之间的不平衡便会形成很多磁通，可以自附近的电路当中感应出电动势，且感应出的电动势较大。

此刻，高压电力线路周围的通信线路以及铁道信号系统，尤其是同电力线路坚持平行的通信线路都会受到影响。

高温超导材料研究摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

关键词：超导材料研究进展高温应用一、高温超导材料的发展历史高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO和铋锶钙铜氧（BSCCO）钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林•昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98 ° 邙寸，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林•昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。

对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

自卡麦林・昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。

超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。

至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nd Sn V3 Ga Nb a Ge,其中Nb s Ge 超导体的临界转变温度（T c）值达到23.2K o以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。

1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物（La-BaCuO），其T c为35K,第一次实现了液氮温区的高温超导。