【摘要】：饋線(Feeder)是托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)堆磁體系統(tǒng)的重要組件,其主要作用是：為磁體勵(lì)磁和退磁,并為磁體系統(tǒng)提供液氦冷卻劑以控制超導(dǎo)體的溫度,檢測磁體電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電流通過超導(dǎo)母線流入超導(dǎo)磁體中,超導(dǎo)母線是由NbTi超導(dǎo)股線和銅股線多級(jí)扭絞而成的管內(nèi)超導(dǎo)電纜(CICC)。受到托卡馬克磁體產(chǎn)生的復(fù)雜變化的磁場的影響,超導(dǎo)母線會(huì)產(chǎn)生交流損耗。交流損耗是超導(dǎo)母線穩(wěn)定性分析的一個(gè)重要參數(shù),若交流損耗過高,可能會(huì)觸發(fā)超導(dǎo)母線失超。本文參考了方進(jìn)博士等人計(jì)算交流損耗的方法,詳細(xì)計(jì)算了在15 MA等離子體電流參考工況下縱場磁體主母線、極向場磁體主母線、中心螺線管主母線和校正場線圈校正母線的交流損耗,本文更加詳細(xì)的計(jì)算出超導(dǎo)母線的耦合時(shí)間常數(shù)。本文模擬分析了超導(dǎo)母線在交流損耗影響下產(chǎn)生的溫升效應(yīng)。分流溫度是超導(dǎo)母線穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù),超導(dǎo)體溫度達(dá)到分流溫度時(shí),電纜中的運(yùn)行電流密度等于超導(dǎo)臨界電流密度,超導(dǎo)達(dá)到失超條件。SUL-TAN工廠測試了主母線全尺寸樣本MBCN1和MBCN4的分流溫度,本文用一維Gandalf模型模擬計(jì)算了測試樣本的分流溫度,發(fā)現(xiàn)分流溫度的測試值和模擬值差別較大。本文提出了一種新的方法計(jì)算出測試樣本的分流溫度,分流溫度的計(jì)算值和測試值差別較小,本文用此種方法計(jì)算了超導(dǎo)母線的分流溫度。超導(dǎo)母線在安全穩(wěn)定運(yùn)行過程中,形變、應(yīng)力和位移能特殊工況可能在小范圍短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極高的熱沉積,熱沉積可能引起超導(dǎo)體的局部失超。若這個(gè)熱量恰恰能使超導(dǎo)母線完全失超而不恢復(fù)到失超狀態(tài),這個(gè)熱量就稱為最小失超能。本文利用一維Gandalf模型,詳細(xì)模擬計(jì)算了超導(dǎo)母線的最小失超能,并通過解熱平衡方程,求得超導(dǎo)母線的最小失超能。ITER縱場磁體在等離子體中心處產(chǎn)生5.3 T的磁場,眾所周知,約束磁場越高對(duì)等離子體的約束性能越好,本文提出了將縱場磁體的等離子體中心場提高到10.0 T的設(shè)計(jì)。等離子體中心場為10.0 T時(shí),縱場磁體內(nèi)側(cè)的最高磁場達(dá)到20.0 T,在如此高的磁場條件下,Nb3Sn超導(dǎo)電纜傳輸68 kA時(shí)將會(huì)失超,而在超臨界氦冷卻溫度4.2 K和外磁場20.0 T條件下,YBCO高溫超導(dǎo)帶材仍具有很好的超導(dǎo)電性。本文提出了高一低溫超導(dǎo)縱場磁體的設(shè)計(jì),在磁體內(nèi)側(cè)高磁場區(qū)使用超導(dǎo)電性較好的YBCO高溫超導(dǎo)電纜,在磁體外側(cè)低磁場區(qū)使用韌性較好的NbTi低溫超導(dǎo)電纜,整個(gè)磁體全部采用超臨界氮冷卻,混合磁體可以穩(wěn)定運(yùn)行提供10.0 T的等離子體中心場。針對(duì)混合磁體的電磁環(huán)境本文提出了堆棧式Y(jié)BCO高溫超導(dǎo)電纜,即將YBCO超導(dǎo)帶材平行貼合成堆棧嵌入銅基體之中,此種高溫超導(dǎo)電纜可在20.0 T磁場環(huán)境中安全穩(wěn)定傳輸68 kA的直流電。本文建立高溫超導(dǎo)電纜的COMSOL模型模擬計(jì)算了其在傳輸交變電流時(shí)的交流損耗,交流損耗值很高,因此這種堆棧式高溫超導(dǎo)電纜不適用于傳輸交變電流。本文詳細(xì)計(jì)算了在傳輸68 kA直流電時(shí),高溫超導(dǎo)電纜的在混合磁體勵(lì)磁和退磁時(shí)的交流損耗,并詳細(xì)計(jì)算了高溫超導(dǎo)電纜由交流損耗引起的溫升效應(yīng)。本文詳細(xì)的模擬計(jì)算了高溫超導(dǎo)電纜的分流溫度。本文提出一種新的低溫超導(dǎo)接頭,用于連接ITER的主母線,這種接頭具有體積小、電阻小和產(chǎn)生溫升小的特點(diǎn)。新接頭中,將要連接的兩根NbTi超導(dǎo)電纜的最后一級(jí)退扭絞得到次級(jí)子纜,將次級(jí)子纜用純銦焊接至同一搭接銅上。由于次級(jí)子纜的扭絞節(jié)距小于最后一級(jí)電纜的,所以新接頭的搭接銅長度小于ITER雙盒搭接接頭的。本文對(duì)新超導(dǎo)接頭的電阻進(jìn)行了分析計(jì)算,新接頭的電阻為0.1 nΩ,小于ITER雙盒搭接接頭的電阻0.2 nΩ。本文用Gandalf模型對(duì)新接頭和雙盒搭接接頭產(chǎn)生的溫度效應(yīng)進(jìn)行了模擬分析�；旌洗朋w中低溫超導(dǎo)電纜和高溫超導(dǎo)電纜的連接需要一個(gè)高效小體積的超導(dǎo)接頭,本文提出了高低溫超導(dǎo)接頭的設(shè)計(jì),低溫超導(dǎo)電纜最后一級(jí)退扭絞與搭接銅進(jìn)行焊接,高溫超導(dǎo)電纜中帶材和銅是階梯型搭接的,每一層帶材一個(gè)階梯,本文利用接頭COMSOL模型對(duì)接頭的電阻進(jìn)行了模擬分析。混合磁體中高溫超導(dǎo)部分也不是一整根電纜繞制的,因此高溫超導(dǎo)電纜之間也需要超導(dǎo)接頭。本文提出了高溫超導(dǎo)接頭的設(shè)計(jì),省去搭接銅,要連接的高溫超導(dǎo)電纜中的帶材呈階梯狀互相搭接,其體積很小,電阻比高一低溫超導(dǎo)接頭的電阻小兩個(gè)數(shù)量級(jí),可忽略不計(jì)。
【圖文】：

圖１．５邋ＩＴＥＲ中兩種典型的ＣＩＣＣ超導(dǎo)電濰逡逑

圖２．１邋Ｆｅｅｄｅｒ結(jié)構(gòu)示怠圍逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL631.24

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9 信贏,侯波;21世紀(jì)電力傳輸新材料高溫超導(dǎo)電纜綜述與展望[J];電線電纜;2004年01期

10 ;日本制造出世界最長的高溫超導(dǎo)電纜[J];稀有金屬;2004年01期

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2 侯波;廖澤龍;韓征和;肖鵬;O@蜀明;信贏;劉慶;畢延芳;;35kV/2kA高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的研制及測試[A];2007云南電力技術(shù)論壇論文集[C];2007年

3 林里能;馬智剛;;關(guān)于解決覆冰問題的一些探討[A];四川省電工技術(shù)學(xué)會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

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4 高蘭;高溫超導(dǎo)電纜將向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[N];中國有色金屬報(bào);2001年

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10 本報(bào)記者 木刃;高溫超導(dǎo)電纜：未來電能干線[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2002年

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9 許經(jīng)緯;無鐵磁基帶高溫超導(dǎo)電纜模型交流損耗測量與分析[D];上海交通大學(xué);2015年

10 逯康康;冷絕緣高溫超導(dǎo)電纜終端應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)與分析[D];北京交通大學(xué);2016年

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