银河体育 高温超导变压器及其发展现状_能源/化工_工程技术_专业数据

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超导技术超级导体技术中国国际电源第9卷,2005年8月4日HTS变压器及其发展现状董东百家乐APP ,宗军(北京英纳超导技术有限公司,北京100176)摘要:介绍高温超导变压器及其优点,分析高温超导变压器与传统油浸式变压器的区别,总结高温超导变压器的发展现状,重点介绍变压器的性能参数关键词:高温超导; Bi-2223高温超导线;变压器;高温超导;高温超导变压器性能;高温超导变压器性能参数;探讨高温超导变压器的应用前景简要介绍了高性能超导(HTS)变压器。它将HTS变压器与传统变压器进行了比较,并给出了HTS变压器的优点。还介绍了HTS变压器在中国和国外的发展情况,特别是HTS磁带和HTS变压器的性能。最后,作者预测高温超导变压器将在不久的将来有较大的发展。关键字:高温超导体Bi-2223 HTS胶带;变压器中文图书馆分类号:TM428文档标识号:B文章号:1006-9186(2005)04-0060-040引言高温超导(HTS)材料的发现是超导材料发展的重要里程碑。目前,实用的高温超导材料是Y Ba 2 Cu 3 O x和Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x,这是最重要的Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x高温超导线(Bi -22金属套管法生产的高温23丝)和高温超导材料Y,将在未来3-5年内投入实际使用Ba 2Cu 3O x。

基于高温超导(HTS)材料的卓越性能,国内外一些制造商正在积极研究超导技术在变压器中的应用。欧洲和日本相继开发了MV A级高温超导变压器,而美国则开发了5/10 MV A HTS变压器。在“十一五” 863计划中,中国科学院电工研究所和株洲电力机车厂分别开始了630kVA HTS电力机车变压器和HTS牵引变压器的开发。将HTS材料应用于电力变压器是21世纪科学家和电气技术专家的重要任务。 (见表1〜3)。(1)体积小,重量轻,可以减少变电站的占地面积,降低运输成本,降低变电站改造的成本。(2)高效,HTS电线的应用(3)强大的过载能力,不会引起绝缘老化; HTS导线的流量随着温度的降低而增加;通过降低HTS变压器的工作温度,可以增加HTS的容量。 。(4)无火灾隐患,高温超导变压器采用液氮冷却或制冷传导冷却,无需变压器油,是一种环境安全的电力设备,可安装在市区和地下建筑物中而不必担心着火。没有变压器油,就不会因漏油而造成环境污染。

表1 HTS变压器与传统变压器的材料和组件的比较材料和组件绕组线冷却介质芯材绕组低温屏蔽低温套管绝缘材料HTS变压器HTS线液态氮或传导冷却(制冷剂)普通硅液氮,低温绝缘材料(30-77 K),无油,常用绝缘材料,传统变压器铜线或铝线油的液态氮钢钢板(常温铁芯)或特种硅钢板(低温铁芯)空气普通硅钢片1 HTS变压器与传统变压器相比,HTS变压器与传统变压器的主要区别在于,HTS变压器使用的绕组线是HTS线,而不是传统的铜线或铝线。同时,由于HTS变压器绕组的工作温度不同,因此HTS变压器与传统变压器相比有很多差异。 60-国际电力卷。 2005年9月9日,第4期,董宁波等:高温超导变压器及其发展状况超导技术超导技术表2 HTS变压器与传统变压器的整体性能比较变压器特性总损耗重量总成本2%表3日本500 kVA和1,000 kVA两个HTS变压器技术性能指标性能参数额定电压/ kV额定频率/ Hz工作温度/ K漏热/ W交流损耗/ W空载损耗/ W效率/%HTS导线500 kVA 6.6 / 3.3 60 77 1020 1 2800 3 200(1.6 T)99.1 Bi-2223纯Ag 61芯≥35 A(77 K,自励磁)雷电脉冲工频耐受电压最大过电流--1000 kVA 22 / 6.9 60 77-206 2289(1 .7 T)99.4 Bi-2223 Ag-Mn合金61芯45.5 A(77 K,自磁场)100 kV(峰值),全波,通过50 kV,1分钟,通过5倍额定电流0.2 s,无失超比:(HTS /传统)31 46 77假设:容量= 100 MV一种;临界电流密度(Jc)= 100 A / mm;交流损耗= 0. 25 m W / Am(0.1 T)。

2高温超导变压器的发展现状在发现高温超导(HTS)材料之前,世界上已经进行了低温超导变压器的开发。在发现高温超导材料后不久,高温超导变压器被纳入了研发计划。自世界上第一台HTS变压器问世以来,HTS变压器的发展可分为两个阶段。第一阶段是研究阶段,第二阶段是Alpha原型阶段(请参阅表4、5)。在第一阶段开发的高温超导变压器的容量小于或等于1 MV A,电压电平小于20 kV,具有明显的研究性质。第二阶段开发的高温超导变压器的容量大于或等于1 MV A,电压电平大于20 kV。它们已经具有α型原型的特征。表4 HTS变压器开发公司在ABB西门子九州大学Waukesha研发的第一阶段的名称开发阶段〜1997〜〜1996〜1997额定容量/ kV A 630 280/500 kV 0.50电压等级。 1.1 6.6 / 3.3 13.8 / 6.92.1用于电力机车的HTS牵引变压器西门子,LI ND E和GE C AL的合作开发了用于德国高速铁路系统的10 MV A电力机车的HTS牵引变压器,并使用HTS技术将12 t牵引变压器降至7.7 t。

Siemens认为,与传统的牵引变压器相比,HTS技术的应用可以将牵引变压器的效率从94%提高到99%,并将体积减少30%到40%。联合计划相继开发了100 kVA和100​​ kVA HTS牵引变压器,其中100 kVA HTS牵引变压器是一个完整的系统。下一个目标是10 MV A级HTS牵引变压器。表5第二阶段HTS变压器开发公司的名称ABB西门子九州大学Waukesha开发期1998〜2002〜2000 1998〜2000额定容量/ M10V1 5A 6 / 5V 15 / 5V 22 / 6.9 138 / 13.82.2 HTS电源美国HTS电力变压器发展计划-SPI合作计划非常有代表性。 HT S电力变压器项目是SPI合作计划的子项目。其目的是确定HT S变压器的技术和经济可行性亚博全站 ,并开发容量大于10 MV A的HTS电力变压器,并最终从中受益。

继1998年成功开发出1台MVA HTS电力变压器之后,Waukesha公司开发了5 / 11、1998、1981、998、1981、1998、1981、1998和1999年。1996年和2000年开发的HTS AC变压器在日本,可以看出,1996年和2000年开发的HTS交流变压器降低了损耗。电气绝缘可以通过高压测试的评估。图15/10 MVAHTS变压器的国际交流电α型原型。 2005年9月9日第-61号超导技术超导技术董宁波等..高温超导变压器及其发展现状目前,高温超导功率变压器的发展总体上有三类关键技术需要解决:(1)新功能;(2)新组件;(3)新材料和新结构。线材的交流损耗降低到0.25 mW / A m的水平,HTS线材可用于制造变压器30至40 MVA的绝缘材料和结构HTS变压器的绕组需要浸入液氮或通过冰箱进行传导冷却,因此绝缘材料和绝缘结构带来了新的挑战。过去将不适用于这种低温环境,此外,以前的油浸式变压器的油纸绝缘结构也将不适用2.2.1新功能类型技术-过载功能超导材料具有临界电流随温度下降到临界温度以下而增加的特性,因此具有很强的过载能力。

在表6中九州体育 ,Bi-2223导线的临界电流为45.5 A,而在65 K时,其临界电流为85.8A。随着工作温度的降低,Bi-2223导线的临界电流为A增加。的88.6%,这意味着变压器的容量可以增加88.6%。同时必须指出,在变压器过载运行期间,其绝缘不会加速老化,因为其工作温度不会随过载的增加而升高,而是降低。 3 HT S变压器的应用前景3.1环境效益HT S变压器的效率将大大高于传统的油浸式变压器。因此,它们将节省大量电能,减少对化石能源的需求,并减少化石能源的燃烧。并且产生各种污染物,例如温室气体。我国电网的损失在7.5%至8.5%之间,其中包括各种输变电设备的能耗,而变压器的能耗也是其中的重要组成部分。在我国电力生产中消耗的化石能源中,煤炭占70%之多高温超导变压器,而且在未来几十年中,这一比例将长期保持。因此,发展节能技术将是我国解决能源问题的重要手段,也是我国环境保护的重要手段。美国能源部的研究表明,其国内总发电量的7.34%(仍在上升)是通过输配电网络损失的。 HT S技术在输配电网络中的应用可以将这种损失减少一半。

这意味着至少电力需求可以减少约3.67%,这可以节省与电力生产相关的燃料量,并减少温室气体,污染和资源消耗。 1995年,美国发电设备(包括公用事业和非公用事业)的总装机容量为776,365吉瓦,其中54%为燃煤发电。如果使用HTS技术将燃煤发电通过输配电网络运输,那么根据目前的燃煤技术,每年可以减少排放。 2.2.2新组件的关键技术-制冷组件,非绕组组件无论HTS变压器是通过液氮冷却还是直接传导冷却,都必须具有制冷系统。制冷系统的质量直接关系到变压器的性能和安全运行。制冷组件是HTS变压器的关键组件。绕组的非金属杜瓦瓶用于将绕组运行的低温环境与外部室温环境隔离开。传统的低温杜瓦瓶通常由金属制成,其超级绝缘层通常是镀铝膜。由金属杜瓦瓶中的交变磁场引起的涡流损耗是一个必须认真考虑和解决的问题。非金属杜瓦瓶是一个不错的选择,但其隔热能力需要进一步提高。 2.2.3关键技术交换损失的新材料和新结构。 HTS变压器的负载损耗在很大程度上取决于HTS线的交流损耗,因此降低HTS线的交流损耗是必须解决的关键技术。数据显示,仅HTS表6HTS电线的性能指标(西门子公司的1000kVA高温超导牵引变压器)为1.31亿吨CO2、24,232吨NO X和84.6万吨SO X。

测试结果3.65×0.258 45.5 85.8 71.9 33.9 0.89 12.3 99.2 99.2 98.8测试项目电线的净尺寸/ mm临界电流I C1(77 K,自励)/临界电流IC2(65 K,自励) /临界电流I C3(65 Kyabo网页版 ,0.1T平行磁场)/临界电流I C4(65 K,0.1T垂直磁场)/ A交流损耗(77 K,50 Hz,0.1 T平行磁场)/ mW / Am交流损耗(77 K,50 Hz,0.1 T垂直场)/ mW / Am临界电流IC5(施加30 N张力后)/%IC1临界电流IC6(弯曲成直径70mm的圆后)/%IC1临界电流IC7(弯曲成-200mm直径的圆后)/%IC13.2根据美国能源部的市场预期,包括需要更新的变压器,对美国整个变压器市场未来增长的高低预测分别是2.5%或1.4%。变压器的平均使用寿命估计为30年。因此,包括新装机容量和替代品在内的变压器年平均销售总额将达到总发电量的5.8%或4.7%。表7列出了高温超导变压器的估计市场份额和相关收益。

1996年,我国发电设备的总装机容量为23.6。 2004年发电设备的总装机容量为542 GW,约为420。0 0 0-62-国际电力卷。 2005年9月9日,宁波第4号等:高温超导变压器及其发展现状超导技术表7高温超导变压器市场份额及相关收入2010、2015、2020年市场份额/%10 50 76节能/ TW今年。 h 0.232 / 0.165 1.313 / 0.884 2.257 / 1.442年节能量/ TW h 0.626 / 0.454 4.63 / 3.194 14.45 / 9.588每百万美元的年收入38.19 / 27.69 271.32 / 185.25 809.20 / 536.93拷贝年销售量/ MV A 18378/13 070 103 954/70 637 178 774/114 180 GW,总计在过去的八年中,装机容量增加了7.7。 6%,年均增长率为7。44%,我国的燃煤发电量约占总发电量的70%。大量的煤炭对我国环境造成了严重污染。能源需求的增加也凸显了我国人均化石能源的相对贫困。节约能源和保护环境是我国经济飞速发展必须实现的目标。因此,HTS变压器和HTS技术在电力系统中的应用具有广阔的前景。

■[2] MehtaSP,Aversan和WalkerM。转型者[J]。 。 IEEE Spectrum,1997年[7)[3] SuperconductivityWeb21 [R] .ISTEC2002,冬天[4] AppliedSuperconductivityStatusReport [R] .SCENET,1998年接收日期:2005-06-23作者:1东宁波(1971-),男, 2.宗军(1964-),男,辽宁沉阳人,副教授,从事超导工程技术研究。(江苏南京人,工程师,从事超导工程技术研究。)(电子邮件:)。负责人:陆文彦)参考文献:[1]劳伦斯,小LR高温超导变压器,考克斯,哈姆里克·J,高温监督:《中国各家刊物邀请函》的“动力系统”出版物[2关于电力系统] [2]单位:2005年是全面完成电力行业“十一五”规划和确定“十一五”规划的重要年份,达到7000万千瓦。

从2005年到2010年,无论是发电,输配电网络的建设,还是电力需求的增长,中国都将创造世界奇迹。 1000 kV特高压电网,世界上最大的三峡水电站,核电站和风力发电等新能源的建设将记录在中国电力行业的设计和建设历史上。在电力设计,建造和建筑领域,我国在许多方面已经达到并超过了国际先进水平。为了推广先进的设计和施工经验,宣传各部门在电力设计和施工方面的成就,促进中国电力工业的发展,《中国电力》杂志将编辑出版《中国电力》 2005年增刊《电力》。设计”。在“建筑与电力”专辑中,该专辑将包含电源,电网,电源和耗电量的列。特别邀请相关单位积极推荐专辑的电源设计和施工中的高质量项目和优秀论文。欢迎电力设计,建筑和设备制造公司宣传他们的新技术和产品,并在此专辑上树立良好的品牌形象。邮寄地址:中国电力杂志社北京白光路二条一号综合大楼16楼邮政编码:100761联系人:李秀平电话和传真:(010)634416458电子邮件: .cn投资联系人:贾东升王阳电话: -63361646、51630077传真:主要工作或研究方向);案文后应附有参考文献;图纸和表格必须清楚,并有中英文名称和表格名称;指明作者的联系信息(邮寄地址SG飞艇 ,邮政编码,电话,传真,电子邮件地址等)。

有关具体格式,请参阅《中国电力》杂志。二、论文评审和接受专家评审小组评审和接受的论文将包含在《中国电力2005年增刊》中。具有“受资助项目”的论文将首先发表。论文被接受后,接受通知将发送给作者。增刊出版后,将杂志邮寄给作者,并根据需要支付作者的报酬。三、联系信息,请在2005年9月30日之前通过电子邮件将论文发送至《中国电力》杂志的李修平;或根据以下地址将论文邮寄到《中国电力》杂志的李修平,并向我们提供带有软件布局的Ord软盘。一、该论文要求该论文必须是尚未在官方杂志上发表过的论文;论文的字数(包括图表)应在5,000字以内;具有中英文标题,摘要,关键词和工作单位;提供作者简介(第一作者简介,包括出生年份,性别,种族,出生地,职称,学位,摘自International Electric Power Vol。9,2005 No. 4 -63-