端部松动对高温超导电缆导体交流损耗影响的定性分析（英文）

高温超导电缆由于其较低的交流损耗和高传输电流密度的特点,随着地下电缆容量的不断提升在人口密集城区具有潜在的应用前景.交流损耗是是高温超导电缆的一个重要参数,对其运行稳定性和运行成本具有重要影响.为了研究高温超导电缆的交流损耗,用YBCO涂层导体绕制了一根长1.5米的冷绝缘电缆导体,此电缆导体包括一层导体层,绝缘层,和一层屏蔽层.基于Bean临界态模型对电缆导体的交流损耗进行了分析并在工频77K条件下用电测法对交流损耗进行了测量.结果在计算值与试验结果之间有难以置信的差异.本文基于电缆导体两端的几何与机械结构对产生这种现象的原因进行了定性分析.     

10kA超导直流输电电缆系统损耗特性研究

超导电力技术具有诸多优势和良好的应用前景,世界范围内已完成多个超导电力装置的研发和示范应用。一根360m/10kA高温超导直流输电电缆(10kA超导电缆)的研制已经完成并成功实现并网示范运行。文中介绍了10kA超导电缆主要结构参数,讨论了超导电缆损耗源,重点分析了10kA超导电缆终端、低温杜瓦管和通电导体的损耗情况,终端电流引线是超导电缆热损耗最主要来源。10kA稳态运行条件下的损耗测试情况表明,低温液氮闭合循环系统满足10kA超导电缆冷却要求,其自身低温损耗为1600W左右,与分析结论基本吻合。     

高温超导电缆导体层电流分布研究

通过建立高温超导电缆等效电路模型,并提出电流分布等效数学方程,求得高温超导电缆导体层电流分布。绕制一根0.2m长110kV/2kA高温超导电缆样缆,并进行载流能力实验,得到各层电流分布结果。分析发现,各层电流分布的实验结果与理论计算结果吻合,从而验证电流分布计算模型的正确性,以及调整绕制角度对均匀层间分流的有效性。研究结论对以后更长高温超导电缆的载流能力分析具有一定的指导意义。     

±100 kV/1 kA能源管道双极直流高温超导电缆导体设计

本文提出了一种新的超导电缆导体设计方法,利用Bi系超导带材的机械及电磁特性,结合超导电缆的短路特点、磁场分布和电压,给出了骨架、导体层和主绝缘部分的设计数据,并使用液化天然气作为超导电缆的冷却介质,完成了能源管道±100 kV/1 kA双极直流高温超导电缆导体设计,结果满足要求。     

高温超导电缆屏蔽层中电流分布的仿真模型研究

高温超导电缆运行过程中,因其传输电流密度高,会对外部环境产生较大的电磁污染,需要对超导电缆进行电磁屏蔽。根据三相统包高温超导电缆结构,搭建了一种电路仿真模型,基于有限元仿真分析,对电路模型中的等效分布电容、等效电感、等效电阻进行了计算。分析了在三相对称、单相断路情况下电缆的运行情况,基于仿真模型,可对三相统包电缆屏蔽层屏蔽效果进行仿真测试分析,并对屏蔽层在不同工况下的通流情况进行指导设计。     

HTS交流电缆导体层电流的测试

在完成30m,三相,35kV/2kA高温超导(HTS)交流电缆系统的研制过程中,为了优化电缆导体结构设计,需要测量导体层电流分布.为此,我们探索了一套测量导体层电流分布的方法,该方法基本原理是利用自己绕制的Rogowski 线圈,耦合层电流产生的磁场,来测量每层导体所流过的电流值.为了验证该方法的可行性,我们研制了一套测量装置,利用这套装置对3m,6层HTS交流电缆模型进行了测量,测量结果表明这种测量方法和测量装置是行之有效的.     

双极同轴高温超导直流电缆通电导体设计

双极同轴结构高温超导直流电缆应用在双极直流输电系统中,其结构紧凑、工程电流密度高,可减小对外部空间的磁场影响,但对绝缘要求较高。本文依照额定电压、额定电流水平对±10 kV/6 kA双极同轴高温超导直流电缆通电导体中的绝缘层、超导导电层等主要结构进行设计,制作实物。经测试电缆满足工程要求,证明了设计的合理性。     

反向开关晶体管结构优化与特性测试

对半导体脉冲功率开关反向开关晶体管 (RSD)的结构进行了优化,在RSD中引入缓冲层,建立器件数值模型并作仿真分析,结果表明:缓冲层结构起到了截止电场的作用,使得器件基区得以减薄,较传统结构RSD阻断电压升高而开通电压降低。针对RSD的特殊工作方式,提出了RSD开通电压、关断时间等关键参数的测试方案并进行了实验测量。进行了RSD大电流开通试验,直径7.6 cm的堆体在12 kV主电压下成功通过峰值电流173 kA,传输电荷32 C。     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中,我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究,内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等.结果表明,对多层螺旋导体结构的超导电缆,影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应.由于其零电阻特性,在相同的结构中,超导体表现出比常规导体大得多的临近效应.显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂.此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力,能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流,并且有很好的超导性能恢复能力.由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感,所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生.     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中，我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究，内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等．结果表明，对多层螺旋导体结构的超导电缆，影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应．由于其零电阻特性，在相同的结构中，超导体表现出比常规导体大得多的临近效应．显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂．此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力，能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流，并且有很好的超导性能恢复能力．由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感，所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生．     

同轴电缆连续波电磁辐照的终端负载响应

为了揭示设备互连电缆在连续波电磁辐照条件下的耦合响应规律,以典型射频同轴电缆为受试对象,将电缆终端连接的设备（系统）等效为负载,通过对其进行连续波电磁辐照效应试验研究,分析了受试电缆长度、终端负载状态等对同轴电缆终端负载响应规律的影响。结果表明:同轴电缆对电磁辐照响应具有选频特性,终端负载响应电压的峰值出现在电缆相对长度为1/2整数倍的频点;同轴电缆受到连续波电磁辐照后,感应皮电流通过转移阻抗转化为芯线与屏蔽层之间的差模感应电压,而这一感应电压源的内阻就是同轴电缆的特性阻抗;同轴电缆终端负载阻值的变化不会对其连续波辐照响应曲线的变化规律产生影响,终端负载与等效感应电压源内阻上的电压响应满足分压原理; 同轴电缆皮电流处于谐振状态时,两波节之间的分布感应电压同向,可等效为一个感应电压源,对同轴电缆终端负载响应起直接作用的电压源是最靠近终端负载的等效感应电压源。     

Influence of the multilayer HTS-cable conductor design on the current distribution

The work presents the basic principles of the multilayer cable conductor design to achieve the maximum current-carrying capacity and the minimum losses in a superconductor and constructive cable elements. The multilayer conductors of two to ten layers are analyzed. The results show that the traditional core design with alternative winding directions from layer to layer is useful only for two-layer conductor. The conductor with more layers must have either the layers wound in one direction but with different pitch lengths or two layer groups wound with different pitch lengths. Only for these cases, the balanced design can be realized and current distribution will be uniform. In such balanced design, the interlayer electrical voltage and as a result, the coupling losses, are absent and interlayer electrical insulation is not needed. The recommendations to achieve the maximum critical current as a function of conductor dimensions are derived.     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

双指数脉冲电流发生器的电路仿真计算

双指数脉冲电流发生器可用于电子系统端口传导耦合实验,主要用于研究电磁敏感器件的电磁脉冲效应的损伤规律。根据实验要求,该发生器能够输出前沿10 ns、脉宽100 ns、电流幅值3 kA的双指数脉冲电流。建立了该发生器的电路模型,并对杂散电容和电感对输出电流波形的影响进行了分析。模拟计算表明,电流信号的过冲现象和后沿叠加干扰信号的原因可能是电阻负载自身存在的杂散电容和测量电流的线圈附近的杂散电容和电感的共同作用导致的。经过理论计算,如果在测量线圈附近添加适当的滤波设备或者用无损同轴电缆引出电流,能够明显地抑制过冲和干扰。     

0.14 THz双环超材料慢波结构表面波振荡器数值研究

本文研究了一种太赫兹波段双环超材料慢波结构, 并具有同轴引出结构的相对论过模表面波振荡器. 设计了超材料同轴过模慢波结构; 通过色散特性, 进行了模式选择和过模结构电子束电参数和几何参数的设计; 根据超材料同轴慢波结构的特点, 设计了具有同轴引出结构的末端同轴输出段. 粒子模拟结果表明, 在电子束电压为600 kV和电流为1.0 kA, 引导磁场为2.0 T 时, 同轴超材料慢波结构过模表面波振荡器输出稳定单频的0.141 THz电磁波, 峰值功率为316.8 MW.     

内导体对相对论返波振荡器工作波段选择的影响

 设计了一种紧凑型、GW级同轴引出电子束相对论返波振荡器,利用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内部束 波作用的物理过程。模拟结果表明：当器件中使用内导体,在电子束能量700 keV,电子束流11 kA,导引磁场为1.0 T时,能实现L波段2.66 GW高功率微波输出,平均效率约为34%;去掉内导体时,能实现S波段1.88 GW单频微波输出,平均效率约为24%。同一个器件,仅通过装卸内导体就可以选择在两个波段实现GW级、高效微波输出,这对于高功率微波器件的设计有一定的参考意义。     

CFETR馈线导体设计与热稳定性分析

CFETR馈线导体设计采用NbTi超导线材管内电缆(CICC)结构,其中超导电缆主要由6个花瓣形状的电缆和一个中间铜芯绞制而成,而花瓣形状的电缆由NbTi超导线材与铜线沿顺时针方向通过4级绞制而成,导体外部采用不锈钢铠甲结构。计算分析了运行工况下导体结构的热稳定性参数。结果显示,在95.6kA的最高载流下,分流温度低于6K,热点温度低于250K,满足设计要求。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

超高速脉冲晶闸管设计及特性

介绍一种超高速脉冲半导体器件,该器件属于穿通型器件,电压可达到5000V,电流上升率可以达到20kA/μs以上,根据参数调配,脉冲峰值电流可以达到数百kA。该器件采用多元胞集成结构,采用缓冲层与阳极透明层相结合的扩散技术,使其在压降和开通等方面相对于传统的晶闸管原理开关有更强的优势。并且,该超高速脉冲器件在工艺设计及实现上进行了优化,使生产条件易满足。     

双同轴电缆差分传输方式对干扰的抑制作用

传输线对信号的无失真传输是超宽带测量系统准确获得待测波形和量值的前提之一。基于带宽、功率容量、损耗、屏蔽性能、尺寸等诸多因素,在超宽带测量系统中经常选用同轴电缆作为传输线。指出采用单根同轴电缆传输信号时会引入干扰,分析了干扰形成的原因,通过数值模拟确认了干扰的存在和危害;提出采用两根共地同轴电缆共同传输信号并进行差分处理,可以有效消除传输线引入的干扰,分析了干扰消除的过程和原理,将原数值模拟模型中的单同轴电缆替换为双同轴电缆进行仿真计算,对比验证了双同轴电缆差分传输方式对干扰的有效抑制作用;对双同轴电缆差分传输结构进行了实验测试,结果表明,单根同轴电缆会引入较大的干扰信号,通过两根同轴电缆的共地连接、差分处理,可以有效消除干扰,达到高保真传输要求。