大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體基礎問題研究

隨著電力輸配電系統(tǒng)提出更大容量更高效率的需求，大電流長距離直流高溫超導電纜未來將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項目研究大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體在不同運行階段沿長度方向上不同通電導體段的電流動態(tài)分布問題，探索大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時的諧波損耗問題，提出大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過流穩(wěn)定性判據(jù)，本項目的研究成果將為大電流長距離直流高溫超導電纜的設計、保護及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應用提供理論和實驗依據(jù)，對進一步加速超導電力技術實用化進程的步伐，具有十分重要的科學意義和現(xiàn)實意義。

隨著電力輸配電系統(tǒng)提出更大容量更高效率的需求，大電流長距離直流高溫超導電纜未來將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項目研究大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體在不同運行階段沿長度方向上不同通電導體段的電流動態(tài)分布問題，探索大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時的諧波損耗問題，提出大電流長距離直流高溫超導電纜通電導體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過流穩(wěn)定性判據(jù)，本項目的研究成果將為大電流長距離直流高溫超導電纜的設計、保護及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應用提供理論和實驗依據(jù)，對進一步加速超導電力技術實用化進程的步伐，具有十分重要的科學意義和現(xiàn)實意義。

（1）地環(huán)流干擾?

在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，他們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號；又有幾十伏，數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號；既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設備之間傳輸相互干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作，出現(xiàn)這種情況除了每個儀器、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個十分重要的原因就是各種儀器設備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了安全，機殼需要接大地；為了使電路正常工作，系統(tǒng)需要有公共參考點；為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地，但是由于儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差（也就是各設備的共地點不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問題是在系統(tǒng)處理信號過程中必須解決的問題 。???

（2）自然干擾?

雷電是一種主要的自然干擾源，雷電產(chǎn)生的干擾可以傳輸?shù)綌?shù)千公里以外的地方。雷電干擾的時域波形是疊加在一串隨機脈沖背景上的一個大尖峰脈沖。宇宙噪音是電離輻射產(chǎn)生的，在一天中不斷變化。太陽噪音則隨著太陽活動情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會對通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對很多設備造成損壞，應該加以避免或降低損壞程度，減少損失。????

（3）人為干擾?

電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導體中有電壓或電流的變化，即較大dv/dt或di/dt.dv/dt或di/dt能夠使導體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點實現(xiàn)特定功能，例如，無限通信、雷達或其他功能，另一方面，電子設備在工作時，由于導體中的dv/dt或di/dt會產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無論主觀上出于什么目的，客觀上對電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中會經(jīng)常有一些大型的設備（電機、變頻器）頻繁開關，他們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的干擾源，隨著電子技術的廣泛應用，電磁污染情況會越來越嚴重 。

沖擊大電流測量是沖擊大電流的峰值和波形的測量。常用分流器或羅戈夫斯基線圈與數(shù)字存儲示波器組成的測量系統(tǒng)來實現(xiàn)沖擊大電流的測量，還可應用磁光效應的光電法來進行測量。

根據(jù)中國國家標準，對認可的測量系統(tǒng)要求測量峰值的總不確定度為±3%范圍，測得的時間參數(shù)不確定度在±10%范圍內(nèi)，能檢出疊加在沖擊電流上的振蕩，標定刻度因數(shù)穩(wěn)定在1%范圍內(nèi)。沖擊電流的標準測量系統(tǒng)在其使用范圍內(nèi)的總不確定度為：對于峰值電流應為±1%范圍，對于時間參數(shù)應為±5%范圍。確定認可的測量系統(tǒng)標定刻度因數(shù)及動態(tài)特性時，應采用與標準測量系統(tǒng)比對的方法，對動態(tài)特性的校核也可采用階躍波響應測量法。

大電流分流器

一種用來測量沖擊電流的傳感器。它是一個串接在被測電路中的低阻值無感電阻器。測量被測電流流過分流器時所產(chǎn)生的電壓降，可確定電流峰值及其波形。分流器的阻值一般為0.1～100mΩ，要求它是阻值穩(wěn)定的純電阻。在材料選擇和結(jié)構(gòu)設計時，應考慮減小集膚效應和熱效應的影響，有時還要求有良好的屏蔽。用分流器和示波器組成的測量系統(tǒng)，如圖《分流器測量系統(tǒng)》所示。

C—儲能電容；R—回路電阻；L—回路電感；

RL—負載；R’—匹配電阻；z—電纜及其波阻抗。

分流器按結(jié)構(gòu)分有：①帶狀對折式；②辮狀對折式；③同軸管式；④圓盤式等。其中以圓盤式特性最佳 。

大電流羅戈夫斯基線圈

測量沖擊大電流或它的變化率的一種感應線圈，又稱為磁電位計。把作為二次線圈的羅戈夫斯基線圈圍住載有被測大電流的單根導體（即為一次線圈），設兩者之間的互感系數(shù)為M，則線圈輸出端的感應電動勢u₂與被測電流變化率di/dt成正比，即

羅戈夫斯基線圈測量沖擊電流的特點是性能穩(wěn)定，線圈與沖擊電流發(fā)生器放電回路無直接的電聯(lián)系，可以測量幾十千安到幾百千安的沖擊大電流。圖《羅戈夫斯基線圈測量沖擊電流示意圖》中示明了它的測量原理。

（a）測量原理；（b）接RL積分器時的整體接線圖R—積分電阻；L—線圈電感；RL—線圈電阻；Z—同軸電纜及其波阻抗；R’—匹配電阻 。

主要完成人：邵海明，林飛鵬，屈凱峰，梁 波，李之彬，潘仙林，滑曉欣，魯云峰，陳萬才，蘇 紅

主要完成單位：中國計量科學研究院，云南省計量測試技術研究院