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2024年1月电工技术学报Vol.39No.1

第39卷第1期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJan.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.221793

二代高温超导带材失超特性研究

杨志星任丽徐颖段璞李鑫

（强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）武汉430074）

摘要高温超导带材失超会降低其通流能力，从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前，

高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型，无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文

采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下，以

磁场强度矢量为求解变量，建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型，研究了二代高温

超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程，分析了高温超导

带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为，区分了不同类型的过电流失超

行为，并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

关键词：二代高温超导带材失超特性有限元电磁热耦合

中图分类号：TM26

0引言导带材局部热点引起的失超传播持性[9-10]和超导带

[11-13]

材整体过电流失超行为研究。

随着超导技术的进步，高温超导带材商业化应

目前，高温超导带材失超仿真模型多为二维计

用发展迅速。目前二代高温超导带材已广泛应用于

算模型[14]，且多只集中于研究带材长度方向由局部

超导储能磁体、高场磁体、超导限流器、超导电缆

[1-4]热点引发的失超问题。二维模型仅能用于计算超导

等超导电工设备。

带材失超传播速度及最小失超能，无法模拟超导带

稳定性对于超导电工装备的设计、制造和运行

材失超过程中宽度方向的电磁热行为。此外，失超

至关重要。超导带材失超会对其局部造成损害，使

过程中电磁热多场耦合变化是非常复杂的非线性微

超导电工设备的运行失去稳定，进而导致超导电工

设备损坏[5-6]。高温超导带材失超传播速度较低，缓分方程求解问题，无法直接通过求解微分方程得到

准确解。因此，需要建立一种准确的多物理场耦合

慢的失超传播速度可能导致检测信号和失超保护动

作滞后，从而引起局部热量积累[7]。另一方面，失超有限元模型，分析二代高温超导带材失超过程。

为解决上述问题，本文将借助COMSOL有限

过程中的局部温升会产生巨大的热应力，失超传播

元多物理场仿真软件，以磁场强度矢量为求解变量，

通常伴随着高温超导带材应力应变的发生，进一步

结合超导材料的E-J特性，建立二代高温超导带材

加剧超导电力设备失效。因此，对高温超导带材的

[8]失超传播三维仿真模型，对二