發(fā)布時間：2020-04-13 04:03

【摘要】：高溫超導直流輸電技術(shù)具有體積小、重量輕、傳輸容量大、線路損耗小等優(yōu)勢,已經(jīng)成為長距離直流電力輸送的重要技術(shù)選擇之一。本文通過仿真計算不同結(jié)構(gòu)的超導直流電纜在過電流狀態(tài)下的電流與溫度分布及正常運行狀態(tài)下的磁場分布,對電纜結(jié)構(gòu)的選擇進行了分析,對超導電纜冷卻介質(zhì)在波紋管恒溫器中的流動特性進行了仿真和分析。本文首先針對處于過電流狀態(tài)下的超導直流電纜,在MATLAB中建立超導電纜本體的電阻模型并在COMSOL中建立穩(wěn)態(tài)傳熱模型,通過程序調(diào)用實現(xiàn)兩者聯(lián)合仿真,計算出單流道型和雙流道型超導電纜在故障電流下的各層電流分布,使用電流數(shù)據(jù)計算出各層生熱率并將其寫入流固共軛傳熱瞬態(tài)模型,得到電纜本體的溫度分布,分析電纜銅骨架半徑和冷卻介質(zhì)流速對超導電纜的超導層最高溫度大小的影響。在流體力學仿真計算基礎(chǔ)之上,在COMSOL中建立在波紋管中的k-ω液氮湍流模型,分析液氮在流道中流動時速度分量、壓力和湍流動能的分布。運用該湍流模型,分別計算了波紋管部分幾何參數(shù)、流速參數(shù)對流道出口入口壓力差的影響;運用湍流穩(wěn)態(tài)傳熱模型,分別計算分析了波高、波距和流速等參數(shù)對流道出口溫度的影響。計算并對比波紋管和光滑管的出口入口壓力差大小和出口溫度大小。最后建立單向型和雙向型超導直流電纜的二維模型,仿真得到不同結(jié)構(gòu)下超導電纜的磁場分布。結(jié)合超導帶材的各向異性和超導帶材的磁場分布,對超導電纜的臨界電流進行仿真計算并繞制了超導電纜短樣,與仿真結(jié)果進行了對比。
【圖文】：

超導電纜可以依據(jù)絕緣層繞制位置的不同可以分為兩類：熱絕緣（Ｗａｒｍ逡逑Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，邋ＷＤ）高溫超導電纜以及冷絕緣（Ｃｏｌｄ邋Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，ＣＤ）高溫超導電纜。逡逑圖１－１為兩種超導電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。逡逑波紋管導件層絕熱層＊絕緣保斧層波紋管導體層電絕緣駕熱層保護層逡逑骨架，邋ｎ邋‘＂邋骨架｜丨邋ｎ邐■逡逑（ａ）熱絕緣邐（ｂ）冷絕緣逡逑圖１－１熱絕緣和冷絕緣高溫超導電纜結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＷＤ邋ａｎｄ邋ＣＤ邋ＨＴＳ邋ｃａｂｌｅ逡逑２逡逑

導電纜的電絕緣層繞制在熱絕緣外層處于常溫工作環(huán)境中，熱絕緣相對冷絕緣來逡逑說結(jié)構(gòu)相對簡單，，易安裝，但在處于運行狀態(tài)時的渦流損耗比冷絕緣大很多。逡逑高溫超導電纜還可以根據(jù)骨架的構(gòu)成分為兩類，兩種結(jié)構(gòu)的超導電纜如圖１－２逡逑所示。上圖中（ａ）為電纜骨架為銅絞線的單流道型，具有很好的幵性和較強的機逡逑械強度，可以在電纜處于過電流狀態(tài)時分擔故障電流；圖（ｂ）是骨架為液氮流道逡逑及波紋管的雙流道型，提供帶材纏繞基底的同時起到對電纜的冷卻作用，冷卻效逡逑果相比單流道型超導電纜更好。逡逑（ａ）單流道型邐（ｂ）雙流道型逡逑圖１－２單流道和雙流道高溫超導電纜結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈａｎｎｅｌ邋ａｎｄ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｃｈａｎｎｅｌ邋ＨＴＳ邋ｃａｂｌｅ逡逑高溫超導電纜的結(jié)構(gòu)具體由以下幾部分組成：逡逑（１）
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM249.7

【參考文獻】

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本文編號：2625561