2.超导故障限流器
超导故障限流器主要是利用超导体的超导态——正常态转变的物理特性,实现对故障短路电流的限制。超导故障限流器可融检测、触发和限流于一体,且反应速度快、正常运行时损耗很低、能自动复位,是十分理想的限流装置。1989年以来,美国、德国、法国、瑞士和日本等国家都相继开展了高温超导限流器研究。美国通用原子能公司等已研制成功一台15kV/1.2kA超导故障限流器,它可将最大短路电流从20kA限制到4kA,即将短路电流限制到20%。瑞士ABB研究中心一直从事屏蔽型超导故障限流器的研究, 1996年成功地研制出一台用Bi2212材料制成10.5kV/70A屏蔽型三相高温超导限流器,该限流器能在第一个半周波内将短路电流从60kA限制到700A,1997年它已安装在Lontsch变电站进行试运行。
2002年,瑞士ABB研究中心又用Bi2212材料研制出0.8kA(rms)/8kV电阻型高温超导限流器,它可以将短路电流从20kA(rms)限制到2.7kA(rms),该限流器已在瑞士Baden的电力实验室试验成功。1999年,德国西门子公司与加拿大Hydro-Quebec电力公司合作完成了利用YBCO薄膜研制0.77kV/135A电阻型限流器。他们在此基础上将进一步研制1.0MVA电阻型限流器。德国卡尔斯鲁厄研究中心技术物理研究所和Nexans公司等合作,用Bi2212材料研制了10kV/10MVA电阻型三相高温超导限流器。
3.超导变压器研究
在超导变压器研究方面,ABB研究中心于1997年4月研制出一台630kVA、18.7kV/420V三相高温超导变压器,并安装在日内瓦电力公司下属电厂进行测试和试验运行。与此同时,日本九州大学与富士公司等合作研制出一台单相500kVA、6.6kV/3.3kV的高温超导变压器,该变压器运行于77K时,效率达99.1%。当该变压器运行于66K时,容量可提高到800kVA,效率可达99.3%。1998年初,美国电力公司、IGC公司、橡树国家实验室和Rochester燃气电力公司等合作研制完成1MVA单相高温超导变压器样机并成功地进行了试验。随后,又计划合作研制出容量为30MVA、138kV/13.8kV、60Hz的三相高温超导变压器样机,因为这种容量和电压等级的变压器约占美国今后20年中等容量变压器销量的50%。2001年,德国Siemens公司也研制、试验成功用于铁路机车的1MVA高温超导变压器样机。
4.超导电机
超导电机是采用超导线材取代常规的铜导线绕制电机的励磁绕组或电枢绕组。由于超导线的电流密度要比铜导线高约2个数量级且几乎无焦耳热损耗,因此超导同步发电机的效率可比常规电机提高0.5%~0.8%;电机的整机重量可减少1/3~1/2,且体积小。同时,电机同步电抗可减小到原来的1/4,从而提高了电机的运行稳定性;它还可省去铁芯,使电机的电枢绕组对地绝缘水平大大提高。另外,由于气隙磁通密度可比常规电机大数倍,单机容量可达百万千伏安以上。