《高温超导缆线交流损耗测量规范》.docx

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CSEE

中国电机工程学会标准

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高温超导电缆交流损耗测量规范

FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施

FORMTEXT中国电机工程学会发布

高温超导电缆交流损耗测量规范

范围

本标准规定了高温超导电缆在高载流下传输交流损耗的补偿测量方法。

本标准适用于测量由二代高温超导带材制作的超导电缆的传输交流损耗，超导电缆由多根1.6m长的带绝缘层的二代高温超导带堆叠组成，电压测量引线为8字型结构，电压引线间距1m，电缆临界电流为1000A~3000A。

本标准给出的测量方法经过适当修改可适用于测量其他结构超导电缆的传输交流损耗。

规范性引用文件

下列文件中的条款通过在本标准中的引用而构成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本使用于本标准。

GB/T13811—2003电工术语超导电性[Internationalelectrotechnicalvolcabulary（IEV）—Part815：Superconductivity]

GB/T27418—2017测量不确定度评定与表示

术语和定义

GB/T13811—2003、GB/T27418—2017界定的术语和定义以及下列术语定义适用于本文件。

传输交流损耗transportalternative-current(AC)loss

Pt

由传输电流的同相电压分量测量得到的交流损耗。

罗氏线圈Rogowskicoil

一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的空心环形线圈。

注：罗氏线圈基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律，其输出信号是电流对时间的微分，通过对输出信号进行积分还原得到真实输入电流。

补偿法compensationmethod

一种通过补偿线圈消除超导电缆两端感性电压分量，得到超导电缆的阻性电压分量，进而确定超导电缆传输交流损耗的方法。

注：在超导电缆主回路串接补偿线圈初级绕组，通过得到的次级绕组电压完全消除超导电缆感性电压组分，再乘以电流即得到超导电缆的传输交流损耗，这种方法称作补偿法。

测量原理

提出了一种高温超导电缆传输交流损耗补偿测量方法。通过串联补偿线圈并对补偿线圈中初、次级线圈的位置进行自动调节和高精度数字信号处理，获得与超导电缆感性电压同相位的补偿电压，将电压值相减再与电流相乘，得到阻性交流损耗值，实现对超导电缆在交变电流或变化磁场下传输交流损耗的实时测量。

实施中，超导电缆与补偿线圈的初级线圈串联在同一回路中，连接kA级交流电源，该初级线圈采用具有高载流能力的单匝线圈结构，并设计有防涡流结构，利用高精度数据采集系统，在同一时钟下同步输入三路信号（超导单元两端电压Vs，次级线圈的电压Vc和回路电流I），其中，超导电缆中的回路电流通过罗氏线圈采集，然后经过数据转接线连接到数据采集系统；采用补偿线圈电机驱动定位系统，调节补偿线圈的位置，最后利用交流损耗补偿算法实时对超导电缆感性电压进行自动补偿，实现超导电缆阻性交流损耗的测量。该传输交流损耗补偿测量算法包括以下步骤：(1)调整初级线圈和次级线圈的位置，确定该位置下，初级线圈与所述次级线圈的互感M；(2)确定超导单元的端电压Vs和次级线圈的补偿电压Vc；(3)判断端电压Vs与补偿电压Vc之差的相位与回路电流I的相位是否相同；若相同则继续步骤(4)，若不同则返回步骤(1)；(4)将Vs-Vc与I积分，计算输出传输交流损耗值。

装置

电源

直流电源：量程≥3000A，畸变率≤2%；

交流电源：电流范围0~3000A，谐波畸变率≤2%。

补偿线圈

超导电缆因其具有μH级低电感且可通载kA级大电流等特性，补偿线圈需同时满足通载kA级大电流以及同等μH级别的互感值，才能实现补偿测量其传输交流损耗。因此，本标准设计补偿线圈如下：

补偿线圈由一对同轴的初、次级线圈构成，次级线圈在内，μH~mH几档可供选择；

初级线圈：应可承载3000A的大电流连续工作10分钟无明显温升，优化设计结果为直径20cm，高度30cm，厚度1cm的开口铜环；

次级线圈：预估电缆电感值的大小，选择补偿线圈互感值档位应大于超导电缆电感值，最大互感值是电缆电感值的1~2.5倍最佳；

通过直线位移电机调节初、