【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,大城市用電量日益增加,而緊缺的空間資源限制了在城市中心增設(shè)常規(guī)電纜。超導(dǎo)電纜以其體積小、傳輸功率大、電磁污染小的優(yōu)點(diǎn)成為大城市供電的解決方案之一。考慮到常規(guī)的三相獨(dú)立超導(dǎo)電纜體積較大,適合于輸電線路,在城市配網(wǎng)中超導(dǎo)電纜的鋪設(shè)最好能使用傳統(tǒng)的地下電纜通道,無(wú)需為超導(dǎo)電纜重新規(guī)劃位置。因此三相一體超導(dǎo)電纜和三相同軸超導(dǎo)電纜以其體積小的優(yōu)點(diǎn)能滿足以上要求。本文主要著眼于城市負(fù)荷中心超導(dǎo)輸電線路參數(shù)建模以及運(yùn)行特性,研究了三相一體和三相同軸超導(dǎo)電纜兩種不同結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜。根據(jù)兩種超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基于支路參數(shù)等效法,分別建立三相一體和三相同軸超導(dǎo)電纜的等效理論分析數(shù)學(xué)模型,獲得電纜電壓與電流之間的變化規(guī)律。針對(duì)三相一體超導(dǎo)電纜存在層電流分布不均的問(wèn)題,提出了條件篩選算法,基于該算法在MATLAB中編制了計(jì)算程序?qū)θ嘁惑w超導(dǎo)電纜進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)每相超導(dǎo)電纜導(dǎo)電層的均流運(yùn)行,并探究了屏蔽層電阻、相與相之間距離對(duì)屏蔽層電流的影響;而對(duì)于三相同軸超導(dǎo)電纜存在的三相不平衡問(wèn)題,分析了實(shí)現(xiàn)三相平衡的條件,并設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)來(lái)滿足三相平衡。對(duì)三相一體和三相同軸兩種結(jié)構(gòu)超導(dǎo)電纜進(jìn)行了交流損耗和溫度運(yùn)行特性研究。基于COMSOL Multiphysics軟件,根據(jù)超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和超導(dǎo)材料的特性對(duì)超導(dǎo)電纜進(jìn)行仿真建模,計(jì)算得到超導(dǎo)電纜的交流損耗值,并將此交流損耗值作為熱載荷,進(jìn)行了超導(dǎo)電纜的溫度場(chǎng)仿真,最終得出兩種結(jié)構(gòu)超導(dǎo)電纜在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的溫升情況。最后,手工繞制了 40cm長(zhǎng)的三相一體超導(dǎo)電纜,就其中一相進(jìn)行了運(yùn)行性能測(cè)試。開(kāi)展了臨界電流、載流特性、交流損耗(電測(cè)法)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示內(nèi)外層電流均流效果較好,從而驗(yàn)證了優(yōu)化程序的有效性;將交流損耗的測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì),驗(yàn)證了二維仿真模型的正確性。
【圖文】：

逑第一部分（曲線中的Ｉ段）描述發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變之前超導(dǎo)體的電阻（Ｒ）隨溫度逡逑（Ｔ）變化的規(guī)律。圖１－１中，超導(dǎo)體在這個(gè)區(qū)段的電阻是隨著溫度的降低而減小逡逑的，符合金屬超導(dǎo)體和大多數(shù)超導(dǎo)材料的特征。人們習(xí)慣上把超導(dǎo)體的這個(gè)區(qū)段稱逡逑為正常區(qū)，這個(gè)區(qū)段的電阻特性被稱為正常區(qū)（態(tài)）的電阻特性。逡逑第二部分（曲線中的ＩＩ段）反映超導(dǎo)體在發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變過(guò)程中電阻的變化情況。逡逑這個(gè)區(qū)段稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變區(qū)，在這個(gè)區(qū)段超導(dǎo)體的電阻突然減小并且最后達(dá)到零。對(duì)逡逑應(yīng)于超導(dǎo)體電阻減小到零的溫度被稱為該材料的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度，用心來(lái)表示。逡逑乃的高與低是由超導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)及其載流子的濃度決定的，而能帶結(jié)構(gòu)又主要是逡逑由其晶體結(jié)構(gòu)及其組成的原（離）子的性質(zhì)決定的。逡逑第三部分（曲線中的ＩＩＩ段）反映的是超導(dǎo)體在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后超導(dǎo)體的電阻變化逡逑情況。根據(jù)圖可看出，當(dāng)超導(dǎo)體進(jìn)行超導(dǎo)態(tài)后，超導(dǎo)體的電阻將為零，，并且不再隨逡逑溫度的變化而發(fā)生變化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ邐Ｔ逡逑圖１－１超導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特征曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）邁斯納效應(yīng)逡逑在開(kāi)始階段，人們一直以為零電阻特性是超導(dǎo)體的唯一特性，但后來(lái)，人們又逡逑發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另外一個(gè)特性

逑第一部分（曲線中的Ｉ段）描述發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變之前超導(dǎo)體的電阻（Ｒ）隨溫度逡逑（Ｔ）變化的規(guī)律。圖１－１中，超導(dǎo)體在這個(gè)區(qū)段的電阻是隨著溫度的降低而減小逡逑的，符合金屬超導(dǎo)體和大多數(shù)超導(dǎo)材料的特征。人們習(xí)慣上把超導(dǎo)體的這個(gè)區(qū)段稱逡逑為正常區(qū)，這個(gè)區(qū)段的電阻特性被稱為正常區(qū)（態(tài)）的電阻特性。逡逑第二部分（曲線中的ＩＩ段）反映超導(dǎo)體在發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變過(guò)程中電阻的變化情況。逡逑這個(gè)區(qū)段稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變區(qū)，在這個(gè)區(qū)段超導(dǎo)體的電阻突然減小并且最后達(dá)到零。對(duì)逡逑應(yīng)于超導(dǎo)體電阻減小到零的溫度被稱為該材料的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度，用心來(lái)表示。逡逑乃的高與低是由超導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)及其載流子的濃度決定的，而能帶結(jié)構(gòu)又主要是逡逑由其晶體結(jié)構(gòu)及其組成的原（離）子的性質(zhì)決定的。逡逑第三部分（曲線中的ＩＩＩ段）反映的是超導(dǎo)體在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后超導(dǎo)體的電阻變化逡逑情況。根據(jù)圖可看出，當(dāng)超導(dǎo)體進(jìn)行超導(dǎo)態(tài)后，超導(dǎo)體的電阻將為零，并且不再隨逡逑溫度的變化而發(fā)生變化。逡逑Ｒ逡逑＜邋ｍ邋＾邋）逡逑Ｔｃ邐Ｔ逡逑圖１－１超導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特征曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ逡逑（２）邁斯納效應(yīng)逡逑在開(kāi)始階段，人們一直以為零電阻特性是超導(dǎo)體的唯一特性，但后來(lái)，人們又逡逑發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另外一個(gè)特性
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM249.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661810