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科技立项结题论文
基于相位变化的超导电力装置
失超检测仪的软件设计
项目负责人姓名
培养单位
导师姓名及职称 教授
专 业
电气工程及其自动化
论文提交日期—

摘要
随着中国经济的高速发展，电力等基础设施的的规模在急剧扩大，电能 传输的容量也需不断提高；特别是在工厂聚集和人口密集的城市，现有的输 电线路传输容量已不能满足日益增长的负荷需求，已显露传统输电线路的大 容量传输瓶颈。高温超导电缆、高温超导变压器等超导电力装置具有传输容 量大、损耗小、灵活性高、体积小、无污染等显著优点，随着高温超导电力 技术的发展，将为解决传统电力系统的瓶颈提供新的方案。为了保证超导装 置的安全性，对超导装置的监控和保护是非常需要的，所以对超导的保护这 项工作的研究是非常有意义的。
本论文主要针对课题“基于相位变化的超导电力装置失超检测的软件设 计”的研究，参考了广K江华学长的毕业论文《含超导电力装置的电力系统失 超检测研究》，利用图书馆及相关资料进行了研究，主要研究了相位测量方 法，相位相关函数法以及关于软件设计愕据处理方法，通过应用MATLAB软件 中的Simulink组件进行仿真，指出其可行性。
一 立项的背景和依据
随着中国经济的高速发展，电力等基础设施的的规模在急剧扩大，电能 传输的容量也需不断提高；特别是在工厂聚集和人口密集的城市，现有的输 电线路传输容量已不能满足日益增长的负荷需求，已显露传统输电线路的大 容量传输瓶颈。高温超导电缆、高温超导变压器等超导电力装置具有传输容 量大、损耗小、灵活性高、体积小、无污染等显著优点，随着高温超导电力 技术的发展，将为解决传统电力系统的瓶颈提供新的方案。由于超导设备也 会产生各种各样的问题，这种问题不容易被检测到，所以必须设计一种专门 用来检测超导状态的装置，而我们项目组主要针对利用相位变化来检测的检 测仪的软件设计来研究。
对于高温超导电缆、超导变压器绕组在交流过电流下的失超特性的研 究，主要是寻找电压、电流、温度和压力等参数在失超过程中的变化规律。 然而一些参数在工业应用上并不是理想的失超预警参数，如温度和压力的变 化滞后于失超的产生。文献［50］中通过实验表明了超导电缆在交流下的电压 电流之间的相角差是指示超导电缆运行状况的最敏感参数，在其实验系统中 相角10°的变化可对应1O〈Q电阻的变化；而2000A电流时,IO'5Q电阻的变化 对应的电压变化仅为0. 02V。可见，电压、电流在亚超导态时变化量极小，不 易用于监控,而相角则变化明显，因此，本文从相位差方面入手研究超导失 超的测量方法。
处于超导态的超导电缆，电阻很小，主要来源于接头电阻，而电感较大， 因此电缆呈感性，相角接近90。。实验中，超导态时相角为78°。电缆进入亚 超导态后， 压强，是监控电缆运行状况避免热溃式失超的理想参数。
二 主要的研究内容和研究方法
相位测量方法
对于高温超导电缆、超导变压器绕组在交流过电流下的失超特性的研 究，主要是寻找电压、电流、温度和压力等参数在失超过程中的变化规律。 然而一些参数在工业应用上并不是理想的失超预警参数，如温度和压力的变 化滞后于失超的产生。文献
［50］中通过实验表明了超导电缆在交流下的电压 电流之间的相角差是指示超导电缆运行状况的最敏感参数，在其实验系统中 相角10°的变化可对应IO'Q电阻的变化；而2000A电流时，lO'Q电阻的变化 对应的电压变化仅为0. 02V。可见，电压、电流在亚超导态时变化量极小，不 易用于监控,而相角则变化明显，因此，本文从相位差方面入手研究超导失 超的测量方法。
处于超导态的超导电缆，电阻很小，主要来源于接头电阻，而电感较大，因此 电缆呈感性，相角接近90。。实验中，超导态时相角为78°。电缆进入亚超导态后， ，是监控电 缆运行状况避免热溃式失超的理想参数。

过零电压比较法是测量两个频率相同、幅值相等、相角差小的正弦电压波 之间的相角差的方法。如图1,满足上述条件的两个正弦波可以分别表示为：
图1两个具有相同幅度和小相角差的正弦波
ux - Ax sin cot ()
"2 = & sin(^/ + (p) ()
则任何时刻的电压差为：
— 〃] = 4 sin(仞 + 伊)一 A】 sin cot ()
由于A1=A2=A,则上式为：
u3 =旬sin(初 + 伊)一 sin cot] = B cos(^/ + 仞 / 2) ()
式中:B - 2Asin(^/2) o 当 i=0时,式(