1kA 级高温超导电流引线的结构优化设计及制备研究

李力1,2,刘学谦3,刘静3,杨明臻1,冯建情3,张胜楠3,金利华3(1.广东电网有限责任公司电力科学研究院)(2.南方电网公司电力超导联合实验室)(3.西北有色金属研究院)

摘要: 为解决中小型1 kA 级高温超导电流引线在高通流条件下自场衰减严重、利用率低的问题, 在理论分析、数值仿真及实验验证基础上, 对传统堆叠密排式结构进行了结构优化设计。首先, 采用一维解析模型和COMSOL 有限元仿真对换热器段的热传导性能进行系统分析, 确定最优长度截面比; 其次, 提出10×2 阵列式分散排布结构设计, 基于FR-4 材料构建外支撑骨架, 完成高温超导段样品制备; 最后, 在77 K 液氮环境下对优化结构和传统结构进行通流测试, 结果表明优化结构的自激发场强度较传统堆叠密排式降低60.8%, 对应临界电流保持率由55%提升至80%(其中“临界电流保持率”指在运行磁场下超导带材保持的临界电流与无磁场下临界电流的比值); 同时, 该设计兼顾引线的紧凑体积(Φ44 mm×362 mm)、高效散热及易维护性, 展现出优异的电输运稳定性和高可靠性, 具有广泛应用前景。

关键词：高温超导电流引线；结构优化；阵列式分散排布；自场衰减