面向超导电力设备的液氮开断电弧特性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51877166
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0705.高电压与放电
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:王建华; 王宣东; 项彬; 杨騉; 高磊; Muhammad Junaid; 葛瀚明; 闫文龙; Satoru Yanabu;
- 关键词:
项目摘要
Superconducting power technology is the frontier and hotspot of domestic and foreign research. It is the key direction of development of China's "Thirteenth Five-Year Plan" and the United States "Grid 2030". Superconducting power equipment is widely used. The superconducting power devices such as cables, current limiters and transformers have been put into operation. The high-temperature superconducting power equipment adopts liquid nitrogen (LN2) as the cooling and insulating medium. Applicant’s preliminary research results shows that the LN2 medium has a strong ability to break the arc. LN2 has excellent insulation characteristics. The future superconducting power equipment directly uses LN2 breaking current, which makes the equipment environment friendly, compact in structure, and low in on-state losses. LN2 switching is expected to become a promising switching technology. The objective of this project is to obtain the characteristics of LN2 switching arc for superconducting power equipment. Research contents include studying the generation, development, extinction process of LN2 arc; measuring parameters of current zero area of LN2 arc; analyzing the influence of contact materials, contact structures, contact gaps, magnetic fields, applied pressures and other factors on LN2 switching capacity; exploring the dielectric recovery characteristics of LN2 arcs; establishing an LN2 arc model to reveal the influence of key factors on the characteristics of LN2 switching arc. The results of the project are expected to provide basis for the establishment of LN2 arc theory, design of LN2 switches and promote the research and development of the superconducting power technology.
超导电力技术是国内外研究的前沿和热点,是我国“十三五”计划和美国“Grid 2030”计划的重点发展研究方向。超导电力设备应用广泛,电缆、限流器、变压器等超导电力设备已投入运行。高温超导电力设备采用液氮作为冷却、绝缘介质,申请人初步研究结果表明,液氮介质具有较强的开断电弧能力。未来的超导电力设备,直接采用具有优异绝缘特性的液氮开断电流,使设备具有环境友好、结构紧凑、通态损耗低等特点,有望成为一种有前景的开关技术。本项目旨在获得面向超导电力设备的液氮开断电弧特性,研究液氮电弧的产生、发展、熄灭过程及演变规律;测量液氮电弧零区参数;分析触头材料、触头结构、触头间隙、磁场、气压等因素对液氮开断能力的影响规律;探索液氮弧后介质恢复特性,建立液氮电弧模型,揭示关键因素对液氮开断电弧特性的影响规律。项目研究成果可为建立液氮电弧理论提供支撑,为液氮开关的设计提供理论依据,促进超导电力技术的发展。
结项摘要
多种高温超导电力设备已在电力系统中投入运行,并朝着集成化、紧凑型、多功能方向发展。液氮的绝缘能力优异,直接采用液氮开断电流,有望实现多类型超导电力设备紧凑、高效、低碳的系统化应用。本项目系统地研究了液氮中电弧燃烧演变规律及其开断机理。.搭建了液氮电弧电学、光学、流体压力等多维度测量平台,实验研究了液氮中等离子体、气体、液体三相共存状态下电弧燃烧的物理过程,明确了液氮相变和气团发展是电弧冷却的关键因素。分析了横向磁场与灭弧腔体对液氮电弧开断特性的影响,得到了使电弧扩散与气团运动方向一致的磁场方向为最优磁场方向,类似电弧“背后击穿”的现象是磁场中液氮开断电路失败的主要原因。灭弧腔体通过集束气团发展,减少了“背后击穿”现象的发生,设计开发的“磁吹-气吹”一体化液氮开关样机将液氮直流开断能力提升了17倍。.实验研究了液氮电弧弧后介质恢复特性,基于Rabus电路制作了20kV弧后介质恢复测试装置。研究发现存在三种弧后介质耐压分阶段恢复模式,即单阶段对数回归,两阶段对数回归和三阶段线性爬坡模式。通过分析明确了电弧注入能量和气液两相流传热特性是影响弧后介质恢复模式转变的关键因素,促进气液两相分布演化是提升弧后介质耐压恢复速度的可靠手段。.基于实验结果和多相流传热理论,建立了液氮中气液演化电弧模型,分析了电弧燃烧过程中气液两相分布演变过程,获得了气液两相环境对电弧冷却的作用机理,提出液氮相变与气团发展分别在燃弧初期和后期对电弧功率耗散占据主导,气团过度发展是燃弧特性和弧后介质恢复特性劣化为空气介质的主要原因。通过液氮内部压力测试和电弧模型仿真结果对比的方式,验证了所建模型的正确性。.在上述液氮电弧开断特性研究基础上,进一步实验研究了超导限流单元与液氮直流开关组合样机10kA快速限流、开断实验,验证了液氮直流开断技术与超导限流技术组合使用的优势,表明液氮直流开断在超导电力设备集成系统中具有很好的应用前景。.
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(8)
专利数量(4)
Protection schemes using resistive-type superconducting fault current limiters with mechanical DC circuit breakers in MMC-MTDC grids
在 MMC-MTDC 电网中使用带有机械直流断路器的电阻型超导故障限流器的保护方案
- DOI:10.1049/iet-gtd.2019.1546
- 发表时间:2020
- 期刊:IET GENERATION TRANSMISSION & DISTRIBUTION
- 影响因子:2.5
- 作者:Xiang Bin;Luo Jinhui;Gao Lei;Wang Jianhua;Geng Yingsan;Liu Zhiyuan;Ding Tao
- 通讯作者:Ding Tao
Applications of A LN2 Switch Combining With the SFCL in the HTS Electrical Propulsion System
液氮开关与SFCL结合在高温超导电力推进系统中的应用
- DOI:10.1109/tasc.2021.3096487
- 发表时间:2021
- 期刊:IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY
- 影响因子:1.8
- 作者:Li Hongxu;Xiang Bin;Wang Dongyu;Gao Lei;Geng Yingsan;Liu Zhiyuan;Wang Jianhua
- 通讯作者:Wang Jianhua
Barrier position effect on bubble triggered DC breakdown characteristics in liquid nitrogen
势垒位置对液氮中气泡触发直流击穿特性的影响
- DOI:10.1109/tdei.2020.008797
- 发表时间:2020-10
- 期刊:IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation
- 影响因子:3.1
- 作者:Lei Gao;Bin Xiang;Hongxu Li;Yingsan Geng;Yingsan Geng;Jianhua Wang
- 通讯作者:Jianhua Wang
AC Current Interruption Characteristics of Liquid Nitrogen
液氮交流电流中断特性
- DOI:10.1109/tasc.2021.3091117
- 发表时间:2021
- 期刊:IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY
- 影响因子:1.8
- 作者:Xiang Bin;Li Hongxu;Junaid Muhammad;Wang Dongyu;Geng Yingsan;Liu Zhiyuan;Wang Jianhua;Tu Youping
- 通讯作者:Tu Youping
Experimental Test of Superconductor Fault-Current Switchgear Using Liquid Nitrogen as the Insulation and Arc-Quenching Medium
液氮作为绝缘灭弧介质的超导故障电流开关装置实验试验
- DOI:10.1109/tasc.2019.2898523
- 发表时间:2019-02
- 期刊:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
- 影响因子:1.8
- 作者:Muhammad Junaid;Bin Xiang;Jianhua Wang;Zhiyuan Liu;Yingsan Geng
- 通讯作者:Yingsan Geng
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其他文献
发射光谱法测量空气直流电弧温度分布与电子密度
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- 发表时间:2016
- 期刊:电器与能效管理技术
- 影响因子:--
- 作者:张志强;张国钢;郄爽;董金龙;王建华;耿英三
- 通讯作者:耿英三
智能电器最新技术研究及应用发展前景
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:电工技术学报
- 影响因子:--
- 作者:王建华;张国钢;耿英三;宋政湘
- 通讯作者:宋政湘
高电压等级真空开断技术
- DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2017.03.001
- 发表时间:2017
- 期刊:高压电器
- 影响因子:--
- 作者:王建华;耿英三;刘志远;闫静
- 通讯作者:闫静
低压空气开关灭弧室不同电弧形态下的磁场研究
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:电器与能效管理技术
- 影响因子:--
- 作者:刘婉莹;张国钢;吴越;耿英三
- 通讯作者:耿英三
基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:电力系统自动化,2005,29(24):45-49.
- 影响因子:--
- 作者:王敬;耿英三;王建华;宋政湘
- 通讯作者:宋政湘
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耿英三的其他基金
真空灭弧室关合容性电流预击穿高频涌流电弧影响触头熔焊断裂形貌的机理
- 批准号:51377127
- 批准年份:2013
- 资助金额:80.0 万元
- 项目类别:面上项目