close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Презентация

код для вставкиСкачать
Лаборатория
прикладной криогенной техники
Лутидзе Шота Иванович
Заведующий лабораторией,
д.т.н., профессор
ЭНИН был одной из первых в стране организаций, где по инициативе член-корреспондента АН СССР Дмитрия
Георгиевича Жимерина в 1970 году был создан отдел криогенной электротехники под руководством д.т.н. Блинкова Е.Л.,
который приступил к решению проблемы создания нового вида транспорта электроэнергии с использованием явления
сверхпроводимости.
В отделе велись теоретические и экспериментальные работы по следующим важным проблемам:
• жесткие сверхпроводящие кабели (СПК) постоянного тока;
• жесткие однофазные и трехфазные СПК переменного тока;
• сверхпроводящие трансформаторы стержневого, электромашинного и тороидального типов, в том числе и с
магнитопроводом из аморфной электротехнической стали;
• сверхпроводящие токоограничители;
• криотроны и криотронные преобразователи;
• технико-экономические исследования сверхпроводящих ЛЭП;
• теоретические исследования в области технической сверхпроводимости;
• многожильные сверхпроводящие провода;
• силовой трансформатор с магнитопроводом из отечественной аморфной электротехнической стали
и многие другие работы, в ходе которых был решен большой круг научно-технических и конструкторскотехнологических проблем создания сверхпроводникового электроэнергетического оборудования. В 1970-80 гг. в ЭНИНе
были построены уникальные криогенные стенды, оснащенные самыми передовыми средствами контроля и управления.
Целью лаборатории прикладной криогенной техники является разработка электрооборудования нового поколения,
основанного на широком использовании явления сверхпроводимости (СП). Такое электрооборудование отвечает всем
потребностям энергетики настоящего времени и стремительному развитию электроэнергетики ХХI века, удовлетворяя при
этом всем основным требованиям, предъявляемым к современным управляемым системам.
Задачей лаборатории прикладной криогенной техники является разработка сверхпроводящих электротехнических и
электроэнергетических устройств (СП кабелей постоянного и переменного тока, многожильных СП проводов, СП
трансформаторов, СП токоограничителей, криотронов и криотронных преобразователей, СП электрических машин
постоянного и переменного тока и т.д.).
К крупным научным достижениям в области прикладной сверхпроводимости относится создание и успешное
испытание первой в СССР (1970 г.) четырех метровой экспериментальной модели однофазного сверхпроводящего кабеля,
являющегося прототипом СП кабеля, охлаждаемого принудительно прокачиваемым потоком гелия сверхкритических
параметров.
На базе данных, полученных на этой однофазной модели СПК, в ЭНИНе была сконструирована, изготовлена и
испытана экспериментальная установка трехфазного СП кабеля длиной 10 м.
Разработанные экспериментальные модели СП кабелей позволили создать и испытать в Испытательном центре
Мосэнерго «Кожухово» в 1977 г. 100 метровый коаксиальный СП кабель жесткого типа с расчетными номинальными
параметрами: 10,5 кВ, 10 кА (рис.1).
Рис. 1. 100 метровый коаксиальный СП кабель
жесткого типа с расчетными номинальными
параметрами: 10,5 кВ, 10 кА
Одним из направлений разработки сверхпроводящих
электроэнергетических устройств является создание
сверхпроводящих трансформаторов энергетического
назначения.
В ЭНИНе разработаны, изготовлены и испытаны
экспериментальные модели СП трансформаторов
стержневого, тороидального и электромашинного
типа, в том числе с магнитопроводом из аморфной
электротехнической стали.
Преимуществом СП трансформаторов ЭНИНа
является наличие в них локализированного магнитного
поля возбуждения и рассеяния, что позволяет увеличить
от 5 до 10 раз величину критического тока СП обмоток
трансформатора при одновременном снижении потерь
энергии в них.
На
рис.2
представлена
криогенная
часть
однофазного СП трансформатора стержневого типа
мощностью 5 кВА с локализированным магнитным
полем возбуждения и рассеяния, а на рис.3 - СП
обмотка. На рис. 4 представлен тороидальный СП
трансформатор мощностью 1 кВА.
На рис. 5 представлен СП трансформатор
электромашинного типа мощностью 4 кВА.
Сверхпроводящие трансформаторы, разработанные
в ЭНИНе, нашли применение на объектах Министерства
обороны СССР.
По
разработкам
лаборатории
прикладной
криогенной техники в ОАО «Электрозавод» изготовлен
и успешно испытан первый в России силовой
трехфазный групповой трансформатор мощностью 100
кВА, напряжением 10 кВ с магнитопроводом из
отечественной аморфной электротехнической стали (на
рис.6 показан этот трансформатор и его активная часть,
а на рис. 7 – аморфные сердечники магнитопровода).
Рис.
2.
Криогенная
часть
однофазного СП трансформатора
стержневого типа мощностью
5 кВА
Рис. 4. Тороидальный СП
трансформатор мощностью
1 кВА
Рис. 6. Трехфазный групповой
трансформатор 100 кВА/10 кВ
Рис. 3. СП обмотка
Рис. 5. СП трансформатор
электромашинного типа
мощностью 4 кВА
Рис. 7. Аморфные
сердечники
магнитопровода
Одним из направлений разработки сверхпроводящих
электроэнергетических
устройств
является
создание
сверхпроводящих
трансформаторов
энергетического
назначения.
В ЭНИНе разработаны, изготовлены и испытаны
экспериментальные модели СП трансформаторов стержневого,
тороидального и электромашинного типа, в том числе с
магнитопроводом из аморфной электротехнической стали.
Преимуществом СП трансформаторов ЭНИНа является
наличие в них локализированного магнитного поля возбуждения
и рассеяния, что позволяет увеличить от 5 до 10 раз величину
критического тока СП обмоток трансформатора при
одновременном снижении потерь энергии в них.
На рис.2 представлена криогенная часть однофазного СП
трансформатора стержневого типа мощностью 5 кВА с
локализированным магнитным полем возбуждения и рассеяния, а
на рис.3 - СП обмотка. На рис. 4 представлен тороидальный СП
трансформатор мощностью 1 кВА.
На рис. 5 представлен СП трансформатор электромашинного
типа мощностью 4 кВА.
Сверхпроводящие трансформаторы, разработанные в
ЭНИНе, нашли применение на объектах Министерства обороны
СССР.
По разработкам лаборатории прикладной криогенной
техники в ОАО «Электрозавод» изготовлен и успешно испытан
первый в России силовой трехфазный групповой трансформатор
мощностью 100 кВА, напряжением 10 кВ с магнитопроводом из
отечественной аморфной электротехнической стали (на рис.6
показан этот трансформатор и его активная часть, а на рис. 7 –
аморфные сердечники магнитопровода).
Рис.
2.
Криогенная
часть
однофазного СП трансформатора
стержневого типа мощностью
5 кВА с локализированным
магнитным полем возбуждения и
рассеяния
Рис. 3. СП обмотка
Рис. 4. Тороидальный СП
трансформатор мощностью
1 кВА
Рис. 6. Трехфазный групповой
трансформатор 100 кВА/10 кВ с
магнитопроводом из отечественной
аморфной электротехнической стали
Рис. 5. СП трансформатор
электромашинного типа
мощностью 4 кВА
Рис. 7. Аморфные
сердечники
магнитопровода
Создание и исследование лабораторных образцов сверхпроводникового токоограничивающего устройства
Рост уровней токов короткого замыкания (КЗ) предъявляет повышенные требования к обеспечению
электродинамической и термической стойкости электротехнического оборудования и надежности его работы в режиме КЗ.
Особенно актуальной эта проблема становится для сверхпроводникового (СП) электрооборудования: СП
трансформаторов, СП генераторов, СП линий электропередачи и т.д. Внутренние сопротивления СП электрооборудования
по сравнению с их значениями у традиционного оборудования существенно снижены, вследствие чего токи КЗ могут
принимать недопустимо высокие значения.
Для обеспечения надежной и устойчивой работы электроэнергетических систем применяются различные методы и
средства ограничения токов КЗ, в том числе токоограничивающие устройства (ТОУ).
В Лаборатории прикладной криогенной техники Энергетического института им. Г.М. Кржижановского при участии
Физического института им. П.Н. Лебедева РАН разработаны и реализованы в лабораторных образцах СП ТОУ с
применением как низкотемпературных, так и высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Принцип действия ВТСП
токоограничителей (ВТСП ТОУ) основан на нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) сверхпроводника,
сопротивление которого меняется в зависимости от величины протекающего тока.
Электрическая схема ТОУ переменного тока трансформаторного типа (рис.1) содержит трансформатор
последовательного включения с ВТСП нелинейным резистором во вторичной цепи. Первичная обмотка ТОУ (сетевая
обмотка) включается последовательно в цепь переменного тока. Вторичная обмотка, замкнутая на ВТСП токонесущий
элемент (рис.2), при номинальном рабочем токе цепи имеет низкое активное сопротивление.
Рис. 1. Электрическая схема ВТСП ТОУ
трансформаторного типа.
1 – медная первичная (сетевая) обмотка,
2 – медная вторичная обмотка,
3 – ВТСП нелинейный резистор.
Рис. 2. Схема цепи с ВТСП
ТОУ (обведено пунктиром)
При возникновении КЗ происходит значительное увеличение активного сопротивления ВТСП резистора во вторичной
цепи. В результате сопротивление ТОУ принимает значение полного сопротивления трансформатора в режиме холостого
хода (рис.3). Высокое значение полного сопротивления ограничивает ток КЗ в защищаемой цепи.
Рис. 3. Вольтамперная характеристика ВТСП ТОУ
на переменном токе. Стрелками указаны переходы
из низкоомного в высокоомное состояние.
Эксперименты на лабораторном образце ТОУ с использованием ВТСП проводов второго поколения подтвердили
эффективность его применения для ограничения ударного (рис.4) и установившегося токов КЗ (рис.5). ВТСП ТОУ
ограничивает ожидаемый ток КЗ в 10 раз с быстродействием 2 мс.
Рис. 4. Временные зависимости тока в
цепи с ВТСП ТОУ во время КЗ
Рис. 5. Временные зависимости тока в
цепи с ВТСП ТОУ при переходном
процессе после КЗ.
Новейшие разработки
В 2007-2009 гг. в рамках государственного контракта № 02.526.12.6001 от 5 июня 2007 г. с
Федеральным агентством по науке и инновациям «Создание силовой электрической линии для
распределительных сетей на базе ВТСП технологий» при софинансировании ОАО «ФСК ЕЭС» группой
российских компаний под руководством ОАО «ЭНИН» выполнены разработки в области
высокотемпературной сверхпроводимости, имеющая важное значение для энергетики и ряда других
отраслей промышленности России:
• крупнейший в Европе силовой сверхпроводящий трехфазный кабель на основе высокотемпературных
сверхпроводников (создан ОАО «ВНИИКП» с участием ОАО «ЭНИН»);
• принципиально новая автономная высокоэффективная азотная система криообеспечения СК 001 для
силовых высокотемпературных сверхпроводящих систем различного назначения, таких как кабели,
токоограничители, трансформаторы, транспортные системы и т.п. (создана МАИ и ОАО «ЭНИН»);
• уникальный криогенный насос с ВТСП электроприводом для функционирования систем
криообеспечения (создан МАИ).
27-29 октября 2009 года по результатам приемочных испытаний Государственная комиссия отметила,
что по всем показателям созданные изделия выдержали испытания (по некоторым из них превысили
мировой уровень) и соответствуют требованиям технического задания и приняла выполненную работу.
Разработки мирового уровня, использующие российские технологии и «ноу-хау». Защищены
патентами РФ.
Область применения сверхпроводящего кабеля:
• распределительные сети мегаполисов, крупных городов и энергоемких промышленных производств;
• при использовании на постоянном токе существует возможность передачи больших мощностей
(порядка нескольких гигаватт) на дальние расстояние и объединение энергосетей.
Крупнейший в Европе силовой сверхпроводящий трехфазный кабель длиной 200 м с током 1500/2000А на напряжение
20 кВ с передаваемой мощностью 50/70МВА. Изготовлен на основе высокотемпературных сверхпроводников,
работающих при температуре жидкого азота (-1960С и ниже).
Ключевые конкурентные преимущества:
- Увеличение передаваемой мощности в 3-9 раз в сравнении с обычным кабелем;
- Снижение потерь электроэнергии в 2-3 раза при передаче сопоставимой мощности;
- Увеличение ресурса кабеля примерно в 2 раза (до 60 лет);
- Экологическая чистота и пожаробезопасность;
- Возможность передачи большей мощности при пониженном напряжении. Это позволяет передавать электроэнергию
на генераторном напряжении и исключить две мощные подстанции с соответствующей экономией площади в мегаполисах.
Научная значимость: Первая разработка в России, использующая российские технологии и «ноу-хау». Заложены
предпосылки для массового производства ВТСП-кабелей. Является крупнейшим в Европе по длине и величине
передаваемой мощности.
Стадия разработки - опытный образец успешно выдержал приемочные испытания на стенде и в 2010-2012 гг.
планируется его установка и опытно-промышленная эксплуатация в электрической сети Москвы.
Укладка кабеля на испытательном полигоне
ОАО «НТЦ Электроэнергетики»
Монтаж кабеля с токовыми вводами
Принципиально новая автономная высокоэффективная азотная система криообеспечения СК 001 для силовых
высокотемпературных сверхпроводящих систем различного назначения (кабелей, токоограничителей,
трансформаторов, транспортных систем и т.п.)
Впервые в мире создана система криообеспечения протяжённых силовых сверхпроводящих кабелей, что стало
возможным благодаря использованию криорефрижераторов с неоновым контуром и высокоресурсными турбомашинами,
погружных крионасосов с ВТСП электроприводом, «активной» системы криостатирования.
Область применения: криостатирование силовых высокотемпературных сверхпроводящих систем различного
назначения (кабелей, токоограничителей, трансформаторов, транспортных систем и т.п.).
Система криообеспечения по сравнению с аналогами имеет следующие преимущества:
• обеспечивает работу протяжённых силовых сверхпроводящих кабелей длиной до 1,5 км;
• в 5…10 раз увеличен межремонтный ресурс системы (до 30000 ч);
• криорефрижератор обладает большей в 1,6 раза холодопроизводительностью и в 1,5 раза большим коэффициентом
полезного действия при температуре 65 К;
• не требует водяной системы охлаждения, что обеспечивает его автономную работу.
Система криообеспечения разработана и испытана МАИ и ОАО «ЭНИН». Разработка защищена патентами РФ.
Основные параметры:
Массовый расход жидкого азота
от 0.01 до 2 кг/с;
Давление на выходе
до 20 бар;
Температура жидкого азота на входе в насос
67…78 К;
Давлением на входе в насос
0.6…0.8 кгс/см2;
Мощность на валу привода
до 12 кВт;
Число оборотов насоса
от 0 до 12 000 об/мин.
Автономная высокоэффективная
азотная система криообеспечения
протяженных силовых ВТСП кабелей
(и других систем - токоограничителей,
трансформаторов и т.п.)
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
89
Размер файла
2 938 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа