凤凰彩票首页 超导变压器

日期:2021-01-26 02:03:52 浏览量: 175

0个有用的+1投票

超导变压器讨论上传视频

该条目已通过“中国科学”《科学百科全书》条目编写和应用项目进行了审查。

超导变压器是超导电力系统的重要组成部分,也是超导技术应用的重要方面。由中国科学院电气工程研究所和新疆特变电工有限公司联合研发的我国第一台高温超导变压器于2006年1月投入配电网测试运行,并获得成功。这是世界上第二个在电网上运行的高温超导功率变压器,也是世界上第一个非晶态合金芯高温超导功率变压器。高温超导电力变压器的成功开发,标志着我国在高温超导变压器的研究与开发中已进入世界先进行列。

中文名

超导变压器

外来名称

高温超导变压器

原理

高温超导可提高能源效率并减少传输损耗

适用范围

电源系统

内容

1234

超导变压器结构

传统油浸式变压器和高温超导变压器的基本结构比较:传统油浸式变压器是将铜线缠绕一、次级绕组设置在铁芯柱上,然后将其安装在钢向油箱内注满变压器油。高温超导变压器是由氧化铋超导线制成的绕组,放置在由玻璃纤维增​​强玻璃纤维增​​强塑料(G-FRP)制成的隔热圆筒中,并注入77K(-196)℃的液氮更换变压器油。另外,从热设计的角度来看,可以在室温空间中将芯与液氮隔离。

油浸式变压器和高温超导变压器的基本结构

([1)铁芯超导变压器

这种变压器与传统变压器相同。主体主要由铁芯和绕组组成。铁芯可以由传统的高磁导率硅钢片或非晶态合金片制成。由于硅钢板的铁损远大于非晶合金的铁损,因此,为了尽可能减少空载损失亚博电竞 ,必须尽可能减少硅钢板的量,即“小核心”。如果使用非晶态合金,则由于其铁损仅为硅钢的铁损的1/3,因此可以使铁芯更大,这就是所谓的“大铁芯”。对于绕组,使用超导绕组。由于在超导状态下流经导线的超导绕组的电阻几乎为零,因此其负载损耗极小,节能效果非常明显。

铁芯超导变压器的结构

([2)空心超导变压器

为了提高传输效率,必须在超高压电缆传输或架空传输线上安装大容量并联电抗器,以补偿其无功功率。如果将超导变压器设计为空心型,则由于其励磁电流大,可以将其用作并联电抗器,以补偿流经传输系统的大容性电流。因此,与超导发电机和超导电缆传输线配合使用的超导变压器最好设计成空心的。

在超导绕组出现之前,不可能制造出如此大的空心电力变压器。由于超导变压器的交流损耗几乎为零,因此可以大大增加励磁电流,这也可以消除大型电力变压器的铁心。由于省去了铁芯,因此没有空载损耗和磁饱和的问题,变压器还具有并联电抗器的功能钱柜体育 ,实现了具有双重功能的机器,从而提高了设备​​的利用率。 [1]

中空超导变压器的绕组

超导变压器的优点

与常规变压器相比,高温超导变压器使用高温超导材料代替铜线,并用液氮代替油进行冷却,从而带来许多优势。

(1)体积小,重量轻

高温超导带可传输的电流是传统铜线的10到100倍。与相同容量的常规变压器相比,高温超导变压器的体积可减少40%至60%。对于我国人口密度高的主要城市,这一优势特别重要,可以节省占地面积。随着城市用电量的不断增加,最初安装的变压器面临着容量更新的问题。许多设备安装在室内或建筑物附近,这限制了它们的进一步修改。高温超导变压器的小尺寸将解决这个问题。体积小,重量轻,可以制造大容量的集成运输产品。

([2)节能

传统电力变压器的负载损耗占总损耗的80%,主要是焦耳热损耗。超导在直流条件下的电阻为零,并且没有焦耳热损耗,因此在降低变压器的总损耗方面具有巨大的潜力。超导体在AC状态下具有AC损耗,这将带来额外的冷却成本。但是,即使有冷却消耗,在效率和经济性方面,超过40MW的高温超导变压器仍比常规变压器高。

([3)环保性能

近年来,随着我国电力工业的发展沐鸣娱乐2 ,城市地区需要安装越来越多的大型变压器,这就要求降低其噪声以达到城市环保标准。城市电网中使用的大多数变压器都使用坚固的油气冷却器或风冷散热器,它们是变压器的主要噪声源。高温超导变压器由液氮冷却,因此不再存在由冷却系统引起的噪音。其次,液氮具有安全,不燃烧,对环境无污染的优点。用它代替油作为冷却和绝缘介质,可避免因漏油而引起的爆炸和环境污染。没有火灾隐患,使其可以安装在任何地方。

([4)过载能力

由纸和油提供的常规变压器绝缘与发热有关。根据IEEE / ANSI标准,当过载为200%时,它只能运行30分钟。相反,高温超导变压器的绕组和绝缘在液氮或更低的温度下工作,并且绝缘不会降低。以两倍的额定功率运行不会影响使用寿命。

(5)内阻降低和故障电流限制能力

在正常工作条件下,超导体的电阻为零银河体育官网 ,这可以减小变压器的内部电阻并增加电压可调范围。一旦出现异常大电流,超导体就会淬灭到电阻状态,这在限制电流尖峰中起着作用。变压器在系统运行期间不可避免地会遭受各种短路故障,包括三相短路,两相短路,两相接地和相接地故障。短路会在变压器绕组中产生巨大的“过电流”,并且是机械力的数百倍。限流功能还带来了额外的经济利益,相应的电力系统组件也可以根据限流进行设计。这满足了用户承受电力变压器突然短路的能力的要求。 [1]

超导变压器的应用

(1)低温超导变压器

低温超导变压器的特点是日本九州大学开发的四绕组变压器,关西电力公司的Nb3Sn变压器,大阪大学的三相变压器以及完全使用的1MVA超导变压器名古屋大学的封闭式超导传输系统。不同。变比为(6 / 3) kV,设计容量为1500 kVA,实际通电测试容量为1MVA,几何尺寸为607 mmX 472 mmX 336 mm,重量为192 kg。油绝缘的常规变压器,体积约为1/3高温超导变压器,重量约为1/7,变压器的绕组具有混合高低压绕组层的结构,在两者之间有液氦冷却通道缠绕层。

(2)高温超导变压器

低温超导变压器的早期研究结果表明,尽管大容量超导变压器具有一定的技术和经济优势,但由于液氦冷却的高技术要求和成本,其应用受到了极大的影响。限制。随着高温超导线材技术的飞速发展,超导变压器的发展已转向高温超导技术。国外许多公司已经成功开发了高温超导变压器

(3)特殊形式的超导变压器

日本名古屋大学为了减少电流引线的散热,提出了全封闭超导输电的概念,即从发电机,变压器到输电电缆都采用了超导技术,以最大限度地降低低温-常温接口;一方面北京快乐8 ,还提出使用仅在变压器的原始侧和次级侧之间没有直接接触的电磁耦合的特性作为超导力装置和常规电力系统的接口装置,以减少热量侵入。引线线圈和高压绕组是带有常规铜线圈的混合变压器。 [2]

超导变压器的发展

与传统变压器相比,超导变压器的生命周期成本包括建筑成本和维护成本。维护和维护成本等于年平均能量损失和维护成本之和,包括制冷系统的扭转。通常,超导变压器的初始建设成本是传统变压器的2.6倍。在这种情况下,如果传统变压器的负载能量损失为111kW,空载能量损失为11kW,则超导变压器和传统变压器的设备运行率将达到70%。因此,当前的超导变压器需要22年的运行时间才能使其总成本低于传统变压器。更先进的超导变压器还需要11年的运行时间,其运行成本才能低于传统变压器。实际上,超导变压器的高昂的初始建造成本主要是由超导材料以及制冷和绝缘系统引起的。随着技术的进步,这两种成本的降低将极大地促进超导变压器的实用化。

为解决这一问题,超导变压器的研究主要分为两个方向:第一,大容量变压器的发展。当容量超过经济运行容量时,超导变压器的总投资成本将低于传统变压器。使节能成为超导变压器的一大优势;另一个方向是功能设计。基本思想是避免在总成本方面直接与传统变压器进行比较,并充分发挥各种类型的超导变压器的优势高温超导变压器,设计重点放在其辅助功能的开发上,以使电力受益。系统。例如,空心超导变压器可以用作并联电抗器,以补偿流经传输系统的大电容电流。 LTS变压器可用于故障电流限制。

超导变压器的商业化最终取决于经济,高效,交流损耗低的长期高温超导材料的开发和研究。随着冷却技术的进一步发展和高温超导材料的实际使用,超导变压器将在技术上和经济上达到其目标。它们将用于高压,大容量输配电领域,并成为实际应用的理想变压器。替代产品。 [1]

参考资料