大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體基礎(chǔ)問(wèn)題研究結(jié)題摘要

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(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜未來(lái)將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項(xiàng)目研究大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在不同運(yùn)行階段沿長(zhǎng)度方向上不同通電導(dǎo)體段的電流動(dòng)態(tài)分布問(wèn)題，探索大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時(shí)的諧波損耗問(wèn)題，提出大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過(guò)流穩(wěn)定性判據(jù)，本項(xiàng)目的研究成果將為大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、保護(hù)及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步加速超導(dǎo)電力技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程的步伐，具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)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(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜未來(lái)將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項(xiàng)目研究大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在不同運(yùn)行階段沿長(zhǎng)度方向上不同通電導(dǎo)體段的電流動(dòng)態(tài)分布問(wèn)題，探索大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時(shí)的諧波損耗問(wèn)題，提出大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過(guò)流穩(wěn)定性判據(jù)，本項(xiàng)目的研究成果將為大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、保護(hù)及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步加速超導(dǎo)電力技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程的步伐，具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

（1）地環(huán)流干擾?

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們之間的信號(hào)傳輸既有微弱到毫伏級(jí)、毫安級(jí)的小信號(hào)；又有幾十伏，數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)；既有低頻直流信號(hào)，也有高頻脈沖信號(hào)等等，構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)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(gè)儀器、設(shè)備本身的性能原因如抗電磁干擾影響，還有一個(gè)十分重要的原因就是各種儀器設(shè)備根據(jù)要求和目的都需要接地,例如為了安全，機(jī)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(diǎn)；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(shè)備之間的參考點(diǎn)之間存在電勢(shì)差（也就是各設(shè)備的共地點(diǎn)不同）因而形成“地環(huán)流”、“接地環(huán)流”問(wèn)題是在系統(tǒng)處理信號(hào)過(guò)程中必須解決的問(wèn)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(shí)域波形是疊加在一串隨機(jī)脈沖背景上的一個(gè)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(yáng)噪音則隨著太陽(yáng)活動(dòng)情況的劇烈變化。自然界噪聲主要會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，而雷電能量尖蜂脈沖可以對(duì)很多設(shè)備造成損壞，應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定功能，例如，無(wú)限通信、雷達(dá)或其他功能，另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)，由于導(dǎo)體中的dv/dt或di/dt會(huì)產(chǎn)生伴隨電磁輻射。無(wú)論主觀上出于什么目的，客觀上對(duì)電磁環(huán)境造成了污染。還有工廠企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常有一些大型的設(shè)備（電機(jī)、變頻器）頻繁開(kāi)關(guān)，他們也會(huì)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(chǎng)合，肯定會(huì)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(shù)的廣泛應(yīng)用，電磁污染情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重 。

沖擊大電流測(cè)量是沖擊大電流的峰值和波形的測(cè)量。常用分流器或羅戈夫斯基線圈與數(shù)字存儲(chǔ)示波器組成的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊大電流的測(cè)量，還可應(yīng)用磁光效應(yīng)的光電法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

根據(jù)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)要求測(cè)量峰值的總不確定度為±3%范圍，測(cè)得的時(shí)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(biāo)定刻度因數(shù)穩(wěn)定在1%范圍內(nèi)。沖擊電流的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)在其使用范圍內(nèi)的總不確定度為：對(duì)于峰值電流應(yīng)為±1%范圍，對(duì)于時(shí)間參數(shù)應(yīng)為±5%范圍。確定認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定刻度因數(shù)及動(dòng)態(tài)特性時(shí)，應(yīng)采用與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)比對(duì)的方法，對(duì)動(dòng)態(tài)特性的校核也可采用階躍波響應(yīng)測(cè)量法。

大電流分流器

一種用來(lái)測(cè)量沖擊電流的傳感器。它是一個(gè)串接在被測(cè)電路中的低阻值無(wú)感電阻器。測(cè)量被測(cè)電流流過(guò)分流器時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮減小集膚效應(yīng)和熱效應(yīng)的影響，有時(shí)還要求有良好的屏蔽。用分流器和示波器組成的測(cè)量系統(tǒng)，如圖《分流器測(cè)量系統(tǒng)》所示。

C—儲(chǔ)能電容；R—回路電阻；L—回路電感；

RL—負(fù)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(duì)折式；②辮狀對(duì)折式；③同軸管式；④圓盤(pán)式等。其中以圓盤(pán)式特性最佳 。

大電流羅戈夫斯基線圈

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

羅戈夫斯基線圈測(cè)量沖擊電流的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，線圈與沖擊電流發(fā)生器放電回路無(wú)直接的電聯(lián)系，可以測(cè)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(cè)量沖擊電流示意圖》中示明了它的測(cè)量原理。

（a）測(cè)量原理；（b）接RL積分器時(shí)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(wàn)才，蘇 紅

主要完成單位：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院