凤凰体育平台 单相高温超导变压器如何击败常导变压器?

日期:2021-01-24 08:13:03 浏览量: 122

0简介

现代变压器是一种可靠性高,效率高的电力设备。由于其固有的缺陷,常导变压器很难满足现代电力工业发展的需求。研究和开发新型超导变压器对提高电力变压器的性能具有重要的价值。高温超导变压器使用高温超导材料代替铜线来缠绕高温超导线圈,并使用液氮代替变压器油作为冷却介质,从而使高温超导线圈可以在液氮中运行环境。与普通的导电变压器相比,它具有许多优点:体积小,重量轻。考虑冷却系统的三相60MVA高温超导变压器,其重量约为相同容量的普通导电变压器的60%。

1超导变压器电磁设计要点

1)磁场和环流

与常导变压器相比,在超导变压器的设计中,漏磁场和循环电流是需要特别考虑的两个问题。在常导变压器中,漏磁场达到0.2〜0.3T;并适当地缠绕绕组线,并且绕组电阻限制了循环电流。循环电流可以控制在允许范围内。但是在超导变压器中,漏磁场,特别是其径向分量会降低绕组中的临界电流,并增加交流损耗。超导材料的零电阻特性使绕组限制循环电流的能力极低,并且绕组分支之间的泄漏。小不平衡的电阻可能会引起相当大的循环。一方面,循环电流的存在会增加绕组的交流损耗;另一方面,会增加绕组的交流损耗。另一方面,它使漏磁场分布不均匀,从而减小了临界电流。循环的更精确计算是基于对泄漏磁场的分析。因此,超导变压器的电磁设计应涉及泄漏磁场的计算。

2)短路阻抗

漏电抗与漏磁场分布有关,而绕组的安匝数分布决定了漏磁场分布。为了减小漏磁场,超导变压器的安匝数分布相对稀疏。换句话说,绕组的匝,层或饼之间的气隙相对较大。考虑到其中之一,次级绕组采用不同形式,即高低压绕组。磁势沿轴向分布不均匀,并且所产生的横向磁场对泄漏电抗的影响不容忽视。这样高温超导变压器华体会 ,泄漏电抗的计算不能简单地采用常导变压器的方法。

3)优化方法

关于超导变压器优化设计的研究主要集中在减少超导材料和减少铁损方面。以绕组匝间电压为白色变量,目标函数约为“变压器铁芯的体积及其损耗加上超导线的长度加上一定寿命内的变压器损耗”,结果表明变压器的转向电压约为1.1V亚博网页版 ,上述目标函数是最佳的。该匝的电压值远低于常导变压器的10〜20V。文献[7]以一个50MVA的超导变压器为例,研究了基于匝数电压的总体积,总损耗和阻抗电压的优化设计,并将其与相同容量的常导变压器进行了比较。

2 3000kVA高温超导变压器的电磁设计

1)已知参数

(1)容量

SN1 / SN2 / SN3 = 3000/1 275×2 / 450kVA

([2)额定电压

U1 / U2 / U3 = 25000/1 500×2 / 400V

([3)额定电流

I1 / I2 / I3 = 120/850×2/1 125A

([4)相数mp = 1

([5)f = 50Hz

2)核心结构

([1)形成单列外铁类型

([2)材料30QG110

(3)缸径D = 270mm

(4)茎的有效面积

AZ = 5 13.76cm2(Kp = 0.96)

3)缠绕

在初级侧有2个高压绕组(并联),在次级侧有2个牵引绕组,在第三级有1个辅助绕组。高压绕组,牵引绕组和辅助绕组都同心排列。

4)线圈绝缘结构

超导线采用环氧树脂和固体绝缘相结合的绝缘材料。

5)临界电流

IC = 100A(77K高温超导变压器,自己的场)

6)高压绕组

高压绕组采用(双)扇形亚博全站 ,沿轴向分为2个线圈,两个线圈并联。每个线圈有32个单饼,每个单饼用1根线绕制。

7)牵引绕组1(或2)

牵引绕组1(或2)是螺旋型的,在轴向上分为1个部分,在径向上分成2个线圈。

8)辅助绕组

辅助绕组是螺旋形的凤凰体育下载 ,轴向分为两部分。

3径向磁场和分量磁场的轮廓

通过Ansys软件进行单相3000kVA高温超导变压器的仿真设计和计算,分别获得了磁场的径向分量和轴向分量的云图,如图1和图2所示。

变压器1

变压器2

4结论

磁场分析表明,同心绕组布置的磁场区域的径向分量相对较小。对于大容量变压器凤凰体育平台 ,绕组需要缠绕多根导线(此设计中的次级绕组最多为38根导线或40根导线),因为超导材料的零电阻会大大削弱抑制循环电流的能力,因此必须将导线有效地换位。