2011年1月15日,特變電工股份有限公司召開高溫超導(dǎo)電力變壓器新產(chǎn)品發(fā)布會(huì):由中國(guó)科學(xué)院電工研究所、特變電工合作研制的我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)電力變壓器順利研制成功。這也是世界上繼瑞士abb后,第二臺(tái)掛網(wǎng)運(yùn)行的三相高溫超導(dǎo)變壓器,也是全球首臺(tái)采用非晶合金鐵心的高溫超導(dǎo)變壓器。本產(chǎn)品的研制成功,將加快我國(guó)超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用步伐,標(biāo)志著我國(guó)在高溫超導(dǎo)

提出了一種新型加載插指電容的u型階躍阻抗諧振器,該諧振器可用于實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)帶通濾波器的寬阻帶抑制。利用所提出的新型諧振器結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)4節(jié)切比雪夫型高溫超導(dǎo)帶通濾波器。濾波器中心頻率為1026mhz,帶寬12.6mhz,第一諧頻頻率5121mhz,第一諧頻與基頻的比值為4.92,阻帶抑制度優(yōu)于60db。

cicc超導(dǎo)導(dǎo)體性能測(cè)試用50ka超導(dǎo)變壓器由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成,初級(jí)線圈浸泡在4.2k液氦低溫杜瓦中,次級(jí)線圈為cicc導(dǎo)體采用4.2k/354637pa超臨界氦迫流冷卻,液氦和超臨界氦均由500w/4.5k制冷機(jī)提供,變壓器低溫杜瓦的理論液氦蒸發(fā)率為1.52l/h。為減少電流引線漏熱,超導(dǎo)變壓器采用bi-2223/agau高溫超導(dǎo)(hts)二元電流引線,并且在頸管中部設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的直接用液氮冷卻的熱截流裝置來截?cái)嚯娏饕€高溫端的熱流;最后對(duì)銅電流引線部分進(jìn)行了尺寸優(yōu)化計(jì)算,得到最佳截面積和直徑分別為28mm2和6mm。

采用脈沖激光沉積法(pld)在10x10mm2的srtio3雙晶基片上制備了純c取向的高溫超導(dǎo)ybco薄膜,薄膜表面平整,雜相顆粒少,在20μm尺度范圍內(nèi),起伏在幾個(gè)nm之內(nèi)。通過標(biāo)準(zhǔn)光刻和離子束刻蝕工藝制備出了高溫超導(dǎo)墊圈型雙晶結(jié)dcsquid磁強(qiáng)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明:磁強(qiáng)計(jì)有效面積達(dá)009mm2,在沒有超導(dǎo)屏蔽的環(huán)境下,磁強(qiáng)計(jì)白噪聲區(qū)磁場(chǎng)噪聲達(dá)到333ft/hz1/2。

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近年來,隨著高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展,特別是在銅氧化物高溫超導(dǎo)材料方面的研究進(jìn)展,使得自旋玻璃態(tài)逐漸成為科學(xué)家研究的一個(gè)方向。自旋玻璃是一種非晶態(tài)磁性材料,對(duì)它的研究具有極大的科學(xué)意義和不可估量的潛在應(yīng)用價(jià)值,自旋玻璃的應(yīng)用非常廣泛,在絕大多數(shù)科研項(xiàng)目中都發(fā)揮了極其重要的作用,高溫超導(dǎo)就是其應(yīng)用之一。該文從自旋玻璃態(tài)的一系列現(xiàn)象出發(fā),研究分析了最近幾年來科學(xué)家們對(duì)自旋玻璃態(tài)的研究成果。

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富通集團(tuán)天津超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用公司高溫超導(dǎo)電纜項(xiàng)目，日前正式啟動(dòng)運(yùn)行。該項(xiàng)目將在天津建設(shè)國(guó)內(nèi)第一條二代釔系高溫超導(dǎo)電纜傳輸示范線，以加快推進(jìn)超導(dǎo)線材和超導(dǎo)電纜的實(shí)用化進(jìn)程。富通超導(dǎo)公司擁有全球領(lǐng)先、全國(guó)唯一的超導(dǎo)電纜生產(chǎn)線及檢測(cè)設(shè)備，主要研究方向?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)基帶，并研制建設(shè)全球最長(zhǎng)的高溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用試驗(yàn)線。

制造高溫超導(dǎo)電線電纜的可能方法

根據(jù)iter電流引線的要求,設(shè)計(jì)和試驗(yàn)了分別由全鈹銅(be2%cu)、全不銹鋼(ss)和二元金屬(becu/ss)三種不同類型分流器制作的68ka電流引線的1/90試件。研究了超導(dǎo)段各組件的性能,詳細(xì)討論了失冷故障實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明,對(duì)比全鈹銅和全不銹鋼分流器,二元分流器制作的超導(dǎo)模件更能夠提高安全性以及減小冷端漏熱,滿足iter高安全性和低熱負(fù)荷的要求。

低溫絕緣高溫超導(dǎo)電力電纜

6m長(zhǎng)、2000a的鉍系高溫超導(dǎo)直流電纜在中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制并試驗(yàn)成功.電纜的導(dǎo)體由8層共238根bi-2223ag帶材在不銹鋼波紋管骨架上螺旋繞制而成,導(dǎo)體的內(nèi)徑為415mm,導(dǎo)體層間絕緣,導(dǎo)體層外側(cè)有低溫電絕緣.電纜芯的外徑為48mm,它安裝在低溫容器內(nèi),并與兩個(gè)終端相連.電纜的直流耐壓大于25kv.在液氮下的實(shí)驗(yàn)表明,電纜的臨界電流為2480a(1μvcm判據(jù)),n值為77,接頭總電阻為01μω,均超過設(shè)計(jì)指標(biāo).在1h傳輸2ka電流的運(yùn)行中,電纜的傳輸特性穩(wěn)定.經(jīng)4次熱循環(huán),電纜的臨界電流沒有降低.

電流引線是室溫電源電纜與低溫磁體之間的電連接部件.高溫超導(dǎo)材料在液氮溫度下具有零電阻率和低熱導(dǎo)率的特性,用它做成的電流引線可以大大減小低溫系統(tǒng)的熱負(fù)荷,從而減少制冷設(shè)備投資及系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi).高溫超導(dǎo)電流引線可以分為阻性換熱器段和高溫超導(dǎo)段兩部分(其中還包括各部件間的連接部分).高溫超導(dǎo)段的分流器設(shè)計(jì)關(guān)系到冷端熱負(fù)荷大小以及超導(dǎo)段失超后的安全問題.為了研究國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆(iter)電流引線高安全性能,專門設(shè)計(jì)、試驗(yàn)了68ka引線的1/90實(shí)驗(yàn)樣品.本文通過對(duì)比全cube(cu-2%be)分流器、全不銹鋼分流器和二元分流器的失冷故障(lofa)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,證明二元分流器能夠克服安全性和冷端漏熱矛盾,可以滿足iter高安全性的要求.

磁懸浮列車由于無接觸、無摩擦、高速運(yùn)行的特點(diǎn),成為軌道交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以液氮為制冷劑的高溫超導(dǎo)體具有完全抗磁性和磁通釘扎特性,將高溫超導(dǎo)體應(yīng)用于磁懸浮列車,可以形成懸浮高度和左右導(dǎo)向無需控制的自穩(wěn)定系統(tǒng)。對(duì)于超導(dǎo)磁懸浮列車而言,懸浮性能是其運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。因此,重點(diǎn)介紹了超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)懸浮力的研究進(jìn)展以及超導(dǎo)磁懸浮列車在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究,并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。

大電流高溫超導(dǎo)電線材料

磁懸浮列車由于無接觸、無摩擦、高速運(yùn)行的特點(diǎn),成為軌道交通領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).以液氮為制冷劑的高溫超導(dǎo)體具有完全抗磁性和磁通釘扎特性,將高溫超導(dǎo)體應(yīng)用于磁懸浮列車,可以形成懸浮高度和左右導(dǎo)向無需控制的自穩(wěn)定系統(tǒng).對(duì)于超導(dǎo)磁懸浮列車而言,懸浮性能是其運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù).因此,重點(diǎn)介紹了超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)懸浮力的研究進(jìn)展以及超導(dǎo)磁懸浮列車在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究,并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望.

力矩管是高溫超導(dǎo)電機(jī)中的一個(gè)重要部件,起著絕熱、支撐轉(zhuǎn)子及傳遞轉(zhuǎn)矩等多項(xiàng)重要作用.由于超導(dǎo)線材工作在深低溫環(huán)境,處于低溫與常溫之間的力矩管是高溫超導(dǎo)電機(jī)的主要傳導(dǎo)漏熱源之一,它的漏熱量直接影響了配套制冷機(jī)的制冷功率,進(jìn)而影響到電機(jī)系統(tǒng)的總體效率.因此,進(jìn)行力矩管的漏熱分析尤顯重要.文中應(yīng)用測(cè)試儀對(duì)力矩管復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試,對(duì)其漏熱分別進(jìn)行了理論計(jì)算、有限元分析及低溫測(cè)試.漏熱分析及試驗(yàn)結(jié)果表明:該力矩管方案滿足高溫超導(dǎo)電機(jī)總體性能要求,同時(shí)該計(jì)算方法同樣適用于其他類似應(yīng)用場(chǎng)合的力矩管設(shè)計(jì).

針對(duì)高溫超導(dǎo)一代bi2223/ag帶材、二代ybco帶材的焊接問題,理論計(jì)算分析了搭接長(zhǎng)度、焊錫層厚度對(duì)帶材接頭電阻的影響,并對(duì)焊接長(zhǎng)度對(duì)接頭電阻的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:增加焊接搭接長(zhǎng)度可以減小接頭電阻,兩種超導(dǎo)帶材的接頭電阻皆同焊接搭接長(zhǎng)度成反比。當(dāng)焊接長(zhǎng)度在3—5cm,焊料厚度在微米量級(jí)時(shí),bi2223/ag帶材、ybco帶材各自之間的接頭電阻在液氮溫度下均可控制在10-8ω左右,能夠滿足超導(dǎo)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

高溫超導(dǎo)電纜終端恒溫器是高溫超導(dǎo)電纜終端系統(tǒng)的重要組成部分,其長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定的運(yùn)行將為整個(gè)系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。文中對(duì)成功研制的高溫超導(dǎo)電纜終端恒溫器進(jìn)行了詳細(xì)介紹,包括技術(shù)指標(biāo)及相關(guān)要求、總體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、熱負(fù)荷分析與計(jì)算等。試驗(yàn)表明,高溫超導(dǎo)電纜終端恒溫器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作方便;大口徑可拆法蘭低溫真空壓力環(huán)境下的密封技術(shù)得到突破、密封性能良好;低溫液體輸送管道承插密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、滿足工作要求。熱負(fù)荷的分析與計(jì)算為高溫超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)所需冷量的確定提供了依據(jù),同時(shí)也為終端恒溫器的進(jìn)一步優(yōu)化指明了方向。

運(yùn)用兩量子比特非局域操作的幾何表示理論,提出了利用射頻脈沖作用下的耦合超導(dǎo)量子比特構(gòu)建受控邏輯門(受控u門)的一個(gè)理論方案,并進(jìn)一步推導(dǎo)出在電容耦合和自感耦合系統(tǒng)中構(gòu)建受控u門時(shí),其哈密頓量中的拉比頻率所需要滿足的條件.最后通過兩量子比特控制相位門的實(shí)現(xiàn)說明該方案的可行性.

直流輸電中線路上的紋波電流會(huì)在輸電過程中產(chǎn)生交流損耗,考慮到這一點(diǎn),提出了一種可以用于雙極直流輸電系統(tǒng)的冷絕緣高溫超導(dǎo)直流電纜導(dǎo)體的設(shè)計(jì)原則。實(shí)際設(shè)計(jì)了一個(gè)運(yùn)行電流為3ka的模型,并與按照均流設(shè)計(jì)的冷絕緣高溫直流電纜的在不同紋波電流幅值下交流損耗做了對(duì)比。發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)原則下,從運(yùn)行損耗,節(jié)省空間和對(duì)環(huán)境的影響方面,相對(duì)于常規(guī)的直流電纜有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

為了降低運(yùn)行費(fèi)用,正在建設(shè)中的中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心穩(wěn)態(tài)混合磁體的電流引線采用高溫超導(dǎo)電流引線。依據(jù)一種較為精確計(jì)算電流引線的方法,從傳熱學(xué)中的特征關(guān)聯(lián)式出發(fā),初步計(jì)算出了穩(wěn)態(tài)混合磁體15ka高溫超導(dǎo)電流引線的基本尺寸與漏熱。高溫超導(dǎo)電流引線的常溫段采用板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式,增大了對(duì)流換熱面積;超導(dǎo)段的保護(hù)體采用不銹鋼,降低了對(duì)液氦熱沉的熱負(fù)荷。