超導(dǎo)磁體失超檢測中電壓隔離校正電路的設(shè)計(jì)

摘要：采用有源功率檢測法，設(shè)計(jì)和制作了超導(dǎo)混合儲(chǔ)能磁體能量儲(chǔ)存系統(tǒng)的失超檢測中的電壓隔離校正裝置。該裝置用于隔離超導(dǎo)線圈的干擾信號(hào)，以及消除串聯(lián)線圈電感分量，是混合磁體失超檢測中的重要環(huán)節(jié)。通過搭建高溫超導(dǎo)線圈的實(shí)驗(yàn)裝置，在高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體上進(jìn)行失超檢測的實(shí)驗(yàn)研究，得出了電壓矯正前后的線圈電壓波形，驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)裝置可行性與合理性。
關(guān)鍵詞：有源功率檢測法；超導(dǎo)儲(chǔ)能；失超檢測；電壓隔離校正

0 引言
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有大功率、高靈敏度、小體積，低損耗等諸多優(yōu)勢，在工業(yè)和科研領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。尤其是在輸電電網(wǎng)中，能夠解決用電高峰和低谷期電網(wǎng)輸電的供求矛盾，提高電網(wǎng)的電能容量，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能因?yàn)槠涞锰飒?dú)厚的優(yōu)點(diǎn)，成為未來最具潛力的儲(chǔ)能裝置。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部線圈會(huì)因?yàn)樗查g高壓、局部高熱以及過載應(yīng)力等電磁和機(jī)械擾動(dòng)，使系統(tǒng)處在失超狀態(tài)，易受損且可靠性下降。故研究失超保護(hù)系統(tǒng)有助于延長超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的穩(wěn)定性和壽命，是推廣超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的重要一環(huán)。而設(shè)計(jì)研發(fā)高靈敏度的失超檢測裝置，預(yù)先監(jiān)測超導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，更是失超保護(hù)系統(tǒng)的焦點(diǎn)所在。
本文在超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體的失超檢測系統(tǒng)中，為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套光耦隔離與校正電路，用于檢測串聯(lián)超導(dǎo)磁體線圈的失超電壓，同時(shí)將該電壓與干擾信號(hào)隔離，并相應(yīng)地放大或縮小單線圈電壓，消除作為干擾因素的串聯(lián)線圈感生電壓分量。該電路有效提高失超保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，滿足超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)失超保護(hù)的要求。

1 失超檢測裝置的設(shè)計(jì)原理與分析
失超檢測流程如圖1所示。

以下著重闡述電壓隔離矯正部分的機(jī)理：
在電壓隔離校正環(huán)節(jié)中，超導(dǎo)線圈L1和L2上的電壓v1和v2經(jīng)過電壓隔離校正電路后，一方面隔離超導(dǎo)線圈端的干擾信號(hào)；另一方面調(diào)整光耦隔離放大電路的參數(shù)，消除電感量帶來的差別。超導(dǎo)線圈在縱軸方向上串聯(lián)連接，故不考慮互感的影響。根據(jù)實(shí)際超導(dǎo)儲(chǔ)能混合磁體的特點(diǎn)，采取有源功率檢測法，并對(duì)電壓差測量環(huán)節(jié)進(jìn)行了校正，如圖2所示。
r1和r2，L1和L2分別為超導(dǎo)線圈的電感和失超電阻。有源功率檢測法通過測量P=[(L1-L2)di／dt+(r1-r2)i]i=[(L1-L2)di／dt]i+(r1-r2)i2的值來檢測失超。由于誤判斷是由于感應(yīng)電壓差(L1-L2)di／dt引起的，對(duì)v2進(jìn)行L1／L2倍放大，得到(L1／L2)v2，再經(jīng)過電壓差測量環(huán)節(jié)與v1進(jìn)行比較，得v1-(L1／L2)v2=0，消除了感應(yīng)電壓產(chǎn)生的影響。