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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]。
超导研究报告超导现象是指在特定的低温条件下，某些材料的电阻突然消失，电流可以在其中无阻力地流动。
这一神奇的现象自发现以来，一直吸引着科学家们的极大关注，并在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
一、超导的历史与发现超导现象的研究可以追溯到 1911 年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）在实验中发现，当温度降低到 42K 时，汞的电阻突然消失，这是人类首次发现超导现象。
此后，科学家们不断探索新的超导材料，并逐渐提高超导转变温度。
在早期的研究中，超导材料主要集中在金属和合金领域。
然而，这些材料的超导转变温度普遍较低，限制了其实际应用。
直到 1986 年，瑞士科学家缪勒（K Alex Müller）和柏诺兹（J Georg Bednorz）发现了铜氧化物高温超导材料，将超导转变温度提高到了 30K 以上，开创了超导研究的新篇章。
二、超导的基本原理超导现象的产生源于材料内部的电子行为。
在常规导体中，电子在运动过程中会与晶格发生散射，从而产生电阻。
而在超导体中，电子会通过某种机制形成成对的“库珀对”（Cooper pair），这些库珀对可以在材料中无阻力地运动，从而实现零电阻。
根据目前的理论，超导可以分为传统超导和高温超导两类。
传统超导的理论基础是 BCS 理论（BardeenCooperSchrieffer theory），该理论认为电子通过与晶格振动相互作用形成库珀对。
而高温超导的机制则更为复杂，目前尚未有完全统一的理论解释。
三、超导材料的分类1、低温超导材料低温超导材料主要包括金属及其合金，如铌钛合金（NbTi）和铌锡合金（Nb3Sn）等。
这些材料的超导转变温度较低，通常需要液氦冷却才能实现超导态，因此应用成本较高。
2、高温超导材料高温超导材料主要包括铜氧化物和铁基超导体等。
铜氧化物超导体的超导转变温度可以达到液氮温区（77K）以上，大大降低了冷却成本，为其实际应用带来了希望。
第2期2008年4月中国电子科学研究院学报Journal of C AE I TVol .3No .2Ap r .2008收稿日期:2007209210 修订日期:2007212204综 述我国高温超导技术研究现状杨天信,谢毅立,胡来平,王生旺,王贤华(中国电子科技集团公司第16研究所,合肥 230043)摘 要:从高温超导材料技术、超导强电技术和超导弱电技术三个方面陈述了我国高温超导技术研究与发展现状,并列举了国内一些高温超导研究项目的进展情况及应用水平。
对国家重大高温超导研究计划项目,超导材料技术、器件、组件和系统的性能指标,应用推广情况,产业规模,发展水平和发展趋势等进行了讨论和分析。
对我国超导技术军、民用技术的市场潜力做了研究、评估和预测。
针对国内外高温超导技术发展应用的水平差距,提出了对我国高温超导技术发展和应用的建议。
关键词:高温超导材料;超导强电技术;超导弱电技术;超导技术应用中图分类号:O511 文献标识码:A 文章编号:167325692(2008)022122206St a tus of Research i n H i gh Tem pera ture Superconducti v ityTechnology i n Ch i n aY ANG Tian 2xin,X I E Yi 2li,HU Lai 2p ing,WANG Sheng 2wang,WANG Xian 2hua(The 16th Research I nstitute of CETC,Hefei 230043,China )Abstract:The paper describes the status of research and devel opment of high te mperature superconduc 2tivity (HTS )technol ogy in China fr om such three as pects as high te mperature superconductivity material and superconductivity thin fil m technol ogy,power app licati ons of superconductivity,and app licati on of superconductivity t o electr onics .The study on the p r ogra m s of HTS superconductivity technol ogy and their app licati ons in China are als o p resented .The perf or mance of main and significant p r ojects on supercon 2ductivity materials,superconductivity thin fil m s,devices,components and their integrated syste m s are al 2s o discussed .The popularizati on of HTS technol ogy,the scale of HTS technol ogy industry,levels and trends of vari ous superconduct or research and app licati ons devel oped in China are discussed and ana 2lyzed .The potential markets of HTS superconductivity technol ogy used in the m ilitary and civil fields are surveyed,evaluated and p redicted .Meanwhile,the suggesti ons on devel opment and app licati on on HTS superconductivity are given based on the differential levels bet w een China and foreign countries .Key words:high te mperature superconducting material;power app licati ons of superconductivity technol 2ogy;app licati ons of superconductivity t o electr onics;app licati on of superconduct ors0 引 言 20世纪80年代后期高温超导的发现,在全球掀起了一股“超导热”。
新型饱和铁心型高温超导故障限流器等效电路和仿真分析董志军;吴维宁;郑建勇;沈昊骢;沙浩源【摘要】基于饱和铁心型高温超导故障限流器的基本工作原理,提出了一种新型高温超导故障限流器的铁心结构和交直流线圈配置方式.通过理论分析,介绍了新型结构的工作原理,建立其等效二端口电路模型,推导出电路模型的参数,分析了交流绕组在直流回路中产生的感应电流大小.结构限流器通过缩减偏置磁路的有效长度,降低偏置电流的大小.对新型高温超导故障限流器进行仿真分析,仿真结果表明,在系统正常运行时,结构限流器对交流回路电流的影响很小,在系统发生短路故障时,能够有效、快速地将短路电流限制在合理范围内.%In the basic operating principle of saturated iron-core high temperature superconductive fault current limiter (HTSFCL),this paper presents a novel core structure and AC-DC coil geometry of saturated iron-core HTSFCL.Through theoretical analysis,it introduces the working principle of the new structure,establishes its equivalent two-port circuit model,deduces parameters for the circuit model,and analyzes the amount of induction current generated by the AC winding in the DC circuit.By reducing effective length of the magnetic bias circuit,the current limiter can reduce the amount of the biascurrent.Simulation analysis is made of the novel HTSFCL.Simulation results show that the current limiter produces little impact on the current of the AC circuit during normal system operation,and can quickly and effectively limit short-circuit current to a reasonable range in case of short circuit of the system.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】4页(P34-37)【关键词】饱和铁心型高温超导故障限流器;四柱式铁心;等效电路;偏置电流;仿真分析【作者】董志军;吴维宁;郑建勇;沈昊骢;沙浩源【作者单位】东南大学江苏南京210096;南京南瑞集团公司(国网电力科学研究院),江苏南京211000;东南大学江苏南京210096;东南大学江苏南京210096;东南大学江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TM712近年来，由于电网规模和电力系统容量的不断扩大，电网的短路容量和短路电流超标问题日益突出，这将给电力系统的安全运行带来严重的影响[1-2]。
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。
10kV电阻型高温超导限流器在电网中的应用【摘要】高温超导限流器，是利用超导特性原理制成的短路电流限制器。
电阻型的超导限流器，具有结构简单、限流效果明显、限流速度快等特点。
本文介绍了超导限流器，分析了电阻型的超导限流器的结构原理及工作特性。
利用仿真实验验证了该电阻型高温超导限流器限流效果明显且基本能与重合闸配合协作。
【关键词】高温超导限流器电阻型限流效果近年来，负荷需求量与日俱增，使得电力电源不断新建扩容、负荷不断密集，这些给国内电网带来了短路电流超标的困扰。
电网短路电流的超标不同程度上影响着电网的安全稳定运行。
超导限流器（SFCL）串接在线路上，线路正常运行时，它的阻抗趋近于零，电网故障发生时，超导限流器的阻抗瞬间增大，限制短路电流在预设范围内，当电网恢复正常，它能很快恢复零阻抗状态。
超导限流器是限制短路电流的有效手段。
1 高温超导限流器（SFCL）的原理、分类和特性1.1 高温超导限流器（SFCL）的原理高温超导限流器（SFCL）是一种用来限制故障短路电流的电力设备。
利用的是超导体的超导状态与正常状态转变的特性。
如图1所示，Ic是组成SFCL的超导材料的临界电流，流经的电流大于Ic，超导材料失超、呈大阻抗，流经的电流小于Ic时超导材料保持超导状态，阻值近似为零。
高温超导限流器的原理，可以简述为，SFCL接入电力系统，当电网正常时，流经SFCL的是正常的潮流，SFCL工作在阻值近似零的超导状态，当短路故障发生时，流经SFCL的电流大于超导失超临界电流使得SFCL失超，迅速呈现高阻值，从而限制掉短路电流，当系统恢复正常时（即流经SFCL的电流小于失超临界电流），SFCL能自动恢复超导状态。
1.2 高温超导限流器（SFCL）的分类按照超导的两个状态，可以将SFCL分类为失超型与非失超型。
其中，非失超型的以饱和铁芯电抗器型SFCL应用较多。
按照超导的零电阻与零磁感应强度特性，可以将失超型的SFCL分类为零电阻特性型和迈斯纳效应型两类。
高温超导线圈绕制工艺及性能测试研究李力;孙星瑞;侯东斌;李超;宋萌;林友新;胡南南;史正军【摘要】针对高温超导用Bi系高温超导带材,对其在77 K自场下和应变疲劳下的临界电流进行了测试.介绍了超导限流器用大型高温超导线圈及绕制工艺,在77 K 自场下对比研究了双饼线圈、螺线管线圈的V-I特性曲线;通过反复试验得到了最佳接头焊接工艺,满足了磁体稳定工作的条件.结果表明:当弯曲次数小于或等于10次时,高温超导带材的临近电流不受径向弯曲次数影响;绕制的高温超导线圈性能良好,77 K自场下的临界电流为168.12 A,当焊接温度达到493 K、搭接长度4 cm、焊料Sn63Pb时焊接效果最佳.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2019(025)004【总页数】5页(P280-284)【关键词】高温超导;临界电流;绕线工艺;焊接工艺【作者】李力;孙星瑞;侯东斌;李超;宋萌;林友新;胡南南;史正军【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;西安聚能超导磁体科技有限公司,西安 710018;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东 510080【正文语种】中文【中图分类】TM26;O5110 引言随着我国国民经济的不断发展，电子系统规模迅速扩展，电网短路电流水平已经逼近甚至超过开关设备的开断能力，以致于严重影响到电网的安全运行，也成为制约电力系统发展的重要因素。
传统的限制短路电流的方法主要通过加装电抗器、分区等被动方式达到限流目的，此类方式对电网的安全性及灵活性有较大影响，亟需研制适用于超高压电网的主动式限流装置[1-3] 。
