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超导电工技术发展及应用

作者:十博 发布时间:2020-12-01 20:56 点击数:

  第  卷第 期  年  月低温物理学报                                            林良真肖立业王秋良马衍伟戴少涛【摘要】超导电工技术是近五十年发展起来的高技术它在电工、交通、医疗、工业、国防和科学实验等高科技领域都有着重要的现实意义和巨大的发展前景许多科学家认为超导技术将是二十一世纪具有经济战略意义的高新技术是本世纪高新技术发展的一个重要方向本文将概述介绍超导电工技术主要的...

  第  卷第 期  年  月低温物理学报                                            林良真肖立业王秋良马衍伟戴少涛【摘要】超导电工技术是近五十年发展起来的高技术它在电工、交通、医疗、工业、国防和科学实验等高科技领域都有着重要的现实意义和巨大的发展前景许多科学家认为超导技术将是二十一世纪具有经济战略意义的高新技术是本世纪高新技术发展的一个重要方向本文将概述介绍超导电工技术主要的研究进展和发展前景关键词超导电工技术超导电性超导磁体                                                                                                                                                                引言超导现象是    年发现的至今已近   年超导体具有诸多奇特的物理性质如零电阻特性、完全抗磁特性、宏观量子相干效应等利用这些特性可以获得强磁场、储存电能、实现磁悬浮、制作永久磁体以及测量微弱磁场信号等在上世纪六十年代发现实用超导体后超导应用技术有了很大的发展并形成了一个新的高技术领域利用超导体绕制的磁体具有能耗低、体积小、重量轻等优点已经展现出极大的优势目前传统的液氦温区的超导应用已有较大发展已经成为有一定市场规模的产业超导磁体技术在科学、交通、工业、生物医学和军工等领域已获得实际应用在一些大型科学工程中如高能加速器、受控核聚变实验装置等已有各种类型超导磁体在运行其他如医用磁共振成像等已广泛采用超导磁体超导在电力方面的应用也是目前倍受关注的研究方向超导电力技术的应用不仅可以提高电网的输送容量并大大降低电网的损耗而且还可以大大提高电机单机容量和明显改善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性、提高电网的安全性并为电网向超大规模方向发展提供技术基础 超导电工技术发展及应用中国科学院应用超导重点实验室北京                         。                      ・                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           低Ⅺ自日 报第  卷我国从上世纪六 年代开始了这个领域的物理研究和应用研究到八十年代初我曰超导研究有了一定基础超导实际应用材料、磷体研制和弱电应用研究都达到较好水平超导技术对当今物理学、化学、材料科学、生命科学等学科前沿的研究具有不可替代的支撑作』玎是有广泛应用和巨大发展潜力的高技术 超导磁体技术及应用超导碰体有许多常规醴体所不可比拟的优点例如低能量消耗、可以在太空间产生强磁场、体积小、重量轻等超导磁体在科学仪器、大科学工程、交通、工业、生物医学和军工等领域已获得宴际应用并有广泛应月 前景目前世界上已建成多台超导 Ⅱ速器高能加速器采用超导磁体后磁场可以提高数倍选样在环半径丰目同的情况下加速器能母也可相应提高数倍而且还可太大降低电能消耗和运行费用美围赞米国家实验室的      质子对撞机、德国双堡同步电子加速器实验室      的     质子电子对撞机      和瑞士日内瓦的欧    联台核研究巾心      的 ×    的强于对撞机     的二极偏转磁体和四极聚焦磁体等都采用超导磁体如    年建成的   在其  公里环周上总共安装    个  米长、中心磁场为  的双二极超导磁体和   个磁场梯度达     的聚焦四扳超导磁体所用      超导电缆总共长选    公里图 为安装在地下隧道中的   超导磁体   的超  体棱聚变是人们长期以来梦寐以求的解决能 鲧问题的重要途径为了实现核聚变反应目前采用的办法之一是磁约束即将高温等离子体约束在一起宋实现聚变反麻为此就必须在数 米甚军数百米空训内产生  量级的磁场这只有刚超导磁体才有可能实现这一要求 址界上已研制出若十超导核聚变蛮验装置如法国书达拉切桩中心的        装置、前苏联的 和   超导托卡马克实验装置和 本   装置、巾国的    鞋置和韩国的     等我同还参加周际热核实验反应堆   研究计划该计划将建立等离子体大环半径为  、小环半径  和等离子体电流为  的超导托卡马克装置 罔  该装置的超导砬体系统南  个 型超导纵场线圈、 个极向场线圈、一个中心螺旋管线圈以及校正线圈等组成    装置预计    年建成在稳态强磁场实验装置中目前水冷电阻磁体产生的磁场最高 Ⅱ达        孔径 其电源功幸将高达    这是目  水玲电阻强场磁体的极限因此一般高于   的稳态强场需要采用超导磁体和水冷电阻碰体组合的混合磁体来安现羹崩佛罗里达强场宴验室已建成巾心磁场达   的混合磁体该磁体由内水玲电阻磁体和外超导磁体组成利用核磁共振原理制成的棱磁共振谱仪     已广泛用于物理、化学、生物、遗传和医药学科等的研究中目前已有       对应磁场强度为     以下系列的谱仪产品有些国家如美国、德国和日丰都在研制     对应磁场强度为   及以上的梭磁共振谱仪 最近       公司已经完成    谱仪的超导磁体系统研制并彤成产品     的   能进一步提高分辨率对研究蛋白质和其它大分子结构有很大意义 的应用使得科学家能更为有效地发现新型药物和解开遗传变异之谜所有这蜱潜议均采用超导磁体罔 为安            目月《目  第 期林良真等 超导电 技术发展厦应用装在美国佛罗里达国家高场吏验室的       孔径      对应磁场强度为     的棱磁共振谱仪其磁体由        超导线圈组成究所也研制成       村冷机冷却       磁体 罔  井提供研究应用随超导蹴体技术的发展今后还有许多新的应月 有待进一步开发罔      超导棱磁共振谱位磁共振成像仪需要在一个大空问 如 米室温孔径内有一个高均匀度和高稳定性的磁场超导磁体在这方面比常规磁体有明显的优势超导磁体可通过超导开关形成阿环电流运行 这样工作电流可不受外界十扰的影响从而提供了一个常规磁 车所无法达到的稳定性目前全世界医院中的磁共振戚像仅约有  蹦采用超导磁件在交通、工业等领域超导磁体的应用研究也分活跃如超导磁悬浮列牟研究、超导戚分离技术、超导磁拉单晶技术等日本已研制出速度达      的低温超导磁悬浮实验列车我国西南交通大学也研制出可载人的高温超导磁悬浮实验车随着高温超导磁体技术和低温制冷技术的发展高温超导碰体用于空间磁探测这样的大型空间磁体的日子已经为期不远了巾科院电工研究所从上个世界九十年代开始就参与发展在外太空用于鉴别宇宙射线性质的高能粒子探测器的空间超导磁体研究针对超导磷体各种不同的应用国内外科学家对超导磁体应用特性磁体的优化设计和冷却等都进行许多研究目前已研制出相应的实验样机或可供实际应用的产品在磁体冷却方面近几年采用制冷机冷却超导磁体技术有很大发展日本已研制出孔径为  一、中心磁场达   的制玲机冷却       组合高场磁体。 中科院电工研超导电力装置在电力系统中应用不仅可以提高电力系统稳定性和可靠性还可取得町观的节能经济效益自二 世纪  年代出现    、     实用低温超导材料后同际上曾对超导技术在电力方面的应用给了了很大的关注开展了一系列町行性论证和一定规模的研究目前在高温超导输电电缆、高温超导故障电拼 限制器、高温超导电机墒温超导变压器等研究方面已取得实质性进展自上世纪  年代以来美国、日本、丹麦、中国和韩国等都相继开展高温超导输电电缆的研究并研制出不同型式、不同电压和电流的高温超导输电电缆。有的还挂同宴验运行如美国超导公司     、          公司等在能源部和纽约州等支持下分别研制出             和              的三相高温超导交流电缆并将分别安装在俄亥俄州哥伦布的     变电站、纽约州的      和纽约长岛等地并网运行 。”“图 示出安装在纽约长岛的   高温超导输电电缆的终端在美国能源部支持下          公司    年研制了一条   长的第二代    超导电缆用于置换      的    长的一殷   第一代Ⅸ系超导电缆与此同时能源部还支持         等公司研制一条长      、       的高温超导电缆安装在新奥尔良并将置换一条     的常规线路此外美国超导公司还将研制一条   长的具有限流功能的高温超             、         低温物理学报第  卷图    高温超导输电电缆的终端导电缆计划于    年安装在         电网的变电站之间以便在故障时容许区域变电站分担额外的容量    日本对高温超导电缆的研究也给予很大的关注       年日本东京电力公司       与住友电工     合作研制出   、     三相高温超导交流电缆进行了冷却、额定电流通电运行、负荷变动、过负荷和耐压等一系列试验    年日本        电气公司和电力工业中心研究所        等研制了   长、     单相高温超导电缆并进行了高温超导电缆在穿越地下、过河、上下坡等不同安装环境下的性能试验    年在日本新能源、产业技术综合开发机构      的支持下住友电工、日本东京电力公司等合作研制长     一    、          的 芯高温超导电缆计划于    年完成并接人电网进行长达一年的运行实验   韩国电工研究所     在    帮助下正开展    长、          三相冷绝缘的  Ⅺ 高温超导电缆的研制准备于    年安装在韩国电力公司       商业电网上实验运行   我国在上世纪  年代就开展了高温超导电缆的研究 引中国科学院电工研究所与北京有色金属研究总院和西北有色金属研究院合作于    年研制成功   高温超导直流输电电缆模型随后中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制出    、       三相交流高温超导输电电缆 图  并于    年底安装在甘肃白银长通电缆公司向车间供电运行    年 月北京云电英纳电缆公司研发出  、     三相交流高温超导输电电缆安装在云南普吉变电站试验运行此外中国科学院电工研究所与河南中孚公司合作研制        电解铝用大电流高温超导母排预计    年投入运行高温超导故障电流限制器 简称高温超导限流器 主要是利用超导体的超导态一正常态转变的物理图   三相高温超导电缆特性实现对故障短路电流的限制    年以来美国、德国、法国、瑞士和日本等国家都相继开展了高温超导限流器研究    美国通用原子能公司等已研制成功一台      超导限流器它可将最大短路电流从   限制到  即将短路电流限制到      年瑞士   研究中心又用      材料研制出          电阻型高温超导限流器经在瑞士     的电力实验室试验可将短路电流从        限制到        在美国能源部的支持下      美国超导公司等正在研制          电阻型限流器 图  该限流器由  粥 超导线绕成双线无感线圈设计故障电流可衰减  一  预计    年安装在                           电网中实验美国          也在研制          的电阻型限流器并图    的电阻型限流器计划安装美国电力公司     在俄亥俄州的   变电站中进行实验       公司则研制              三相饱和铁心型限流器 图  其中超导绕组采用    超导线绕制设计故障电流可衰减  一  在德国教育和研究部的支持下      等用      材料研制了       电阻型三相高  第 期林自真等超导电 技术发№应用刚       饱Ⅻ铁 Ⅲ限流器 意图温超导限流器它可将短路电流从预计的    降低到   浚限流器于    年安装在德周的   电网中并在电网运行丁 个月一  本虽近也采用    高温超导材料研制出相电阻型限流器井进行短路限流实验它可在第一个周渡内将短路电流从     限制到     “自    纪  年代以来中同科学院电工研究所、东北大学和北京云电英纳超导电缆公司等已相继开展高温超导限流器研究与开发    年 电工研究所完成      超导限流储能原理样机研制并进行动模试验    年中国科学院电工研究所研制         新型桥路式高温超导限流器 罔  并篮装枉湖南娄底电力局高溪变电站进行丁挂阿运行和一棚短路限    寅骑该限拼 器成功地将倾计的   矫路电流限制到   ”三电英纳超导电缆公司也研制成         。相饱和铁心型限流器于    年安装在盈南普吉变电站目超导电机是采用超导线材取代常规的铜导线绕制电机的励磁绕组或电枢绕组由于超导线的电流密度耍比铜导线高约 个数量级且几乎无焦耳热损耗因此超导同步发电机的效率可比常规电机提高     确电机的整机重量可减少      体耔 小早在  纪  年代美困、日本、原苏联等就进行超导同步发电机的研究随后又进行船舶推进用超导电机的研究    年美囤    公司和      公司研制成功  高韫超导单撮电动机并在模拟船舶上进  丁测试美同    公司目前已经完成    、转速     的船舶推进  高温超导电动机研制与测试    年 本研制 的具有定子    超导磁场绕组的  超导电动机该超导绕组采用传导冷却技术   船舶推进实验”此外日本还研静 出          船舶推进用的高温超导电动帆其电枢绕组采用超导线绕制“ 德围      也于    年研制出   船舶推进州超导电机    年中国船舶重工集团公司武汉   研究所与中国科学院电工研究所和浙江大学台作研制成功台船舶推进用   超导单极电机“近年来武汉   研究所等坯开展 船舶推进用的高温超导电动机研究    年研制出      、      高温超导电动机目前风力发电用超导电机的研究已引起 们的兕注风能资源是不污染环境、不破坏生态、周 】复始可以冉生从而取之币尽、用之小竭的一次能源矾能的动力应用已确数 年的悠久历史从    年起至今世界风力发电的总装机容量以每年  以上的速度增长    年达到约    万下瓦近年来我国风力发电也鼍现 良好的发展势头规划    年总装机容量达    万 瓦增大风电机组的单机容量一直是风电设备发展的主要方向它能有效减轻单位千瓦的重量提高转换效率降低单位千瓦的造价与运行维护成本是增大风电场容量与提高竞争能力的主要条件风电机组容量增大可以更好和更充分利用较高处的风能资源同时  级以上大型风机占地面积较小还可降低变电吐备的数培、输电线路的长度此外由 台数少还可降低维护成本和风场内道路的长度等因此超导技术在风能方面的应用星超导技术应用的重要发展方向蒉周超导公司与美围能源部可再生能源实验室      和国家风技术中心      正共同开展研究验证   级垒超导风能电机的经济性廿计不久的将来超导 能电机将在风能发电系统中得到宴际应片       高Ⅲ超导 器  低温物理学报第  卷 小结超导磁体技术在科学、交通、工业、生物医学和军工等领域已获得实际应用并有广泛应用前景在一些大型科学工程中如高能加速器、受控核聚变实验装置、强磁场实验装置等已有各种类型超导磁体在运行世界上许多国家基本都把超导电力应用方面作为重要发展方向制定了长时间的发展规划多年来我国在高温超导电力应用研究方面作出了很大成绩研制了出一些实用样机如超导电缆、超导限流器、超导变压器和超导储能装置等而且还提出一些新原理和新应用在超导磁体研究方面我国在大型超导磁体的稳定化技术以及各种超导磁体包括高温超导磁体、脉冲磁体、    超导磁体、探测器磁体、空间低温超导磁体、高磁场绝热密绕磁体和制冷机传导冷却的高磁场超导磁体的设计、建造和运行技术都取得很大成绩目前液氮温区超导体的应用实质上还属应用研究和工程实验阶段实际应用的局面还处在发展过程中要在能源技术、交通技术、科学实验和国防技术等方面形成产业还需进一步努力性能优越、价格低廉的新型超导材料研究对促进超导电力的应用有重要和实际意义风能资源是不污染环境、不破坏生态、取之不尽、用之不竭的一次能源超导技术在风能方面的应用是今后超导技术应用的一个重要发展方向参考文献                         珏 髓丁 口绑                               林良真肖立业超导电力技术科技导报                                                                                             林良真我国超导技术研究现状及展望电工技术学报                                                                                                                   。                                                                                                                                                                                                                            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  2017年延边大学人文社会科学学院617文学综合之文学理论教程考研仿线年内蒙古师范大学雕塑艺术研究院718史论之外国美术简史考研题库

  2017年浙江大学化工学院830生物化学与分子生物学之生物化学考研强化模拟题

  2017年南开大学计算机与控制工程学院808智能综合基础考研强化模拟题

  2017年上海交通大学媒体与设计学院643艺术硕士专业设计[专业硕士]考研导师圈点必考题汇编

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