近日，我国首台高温超导同步调相机验证样机在上海电气集团上海电机厂有限公司成功进行了阶段性试验（如图1所示）。该样机由广东电网公司委托摩擦学国家重点实验室瞿体明和宋彭老师课题组设计开发，用于验证大型高温超导同步调相机技术可行性，探索电网动态无功补偿领域的新航路。上海电机厂有限公司、中科院上海技术物理研究所、北京原力辰超导技术有限公司、西安聚能超导磁体科技有限公司、成都新连通低温设备有限公司等多家单位参与了样机研制。

图1  高温超导同步调相机验证样机测试现场

在前期充分调研和论证基础上，项目团队在样机的超导磁体、低温系统、电机定子等诸方面采用了多项新技术，尤其是在转子超导磁体冷却技术上选择了低温氦气循环冷却方案（该方案具有调温范围广、冷却效果好、可扩展性强等诸多优点）。值得一提的是，通过前期的理论分析和计算、中期的加工工艺优化、后期的精细化调试，项目团队攻克了高温超导电机系统中的关键技术“低温氦气高速旋转耦合装置”（如图2所示），取得了重要的阶段性进展。

图2  低温氦气循环系统结构框图

超导体的工作温度极低，即便是高温超导体也需要工作在77 K以下，并且温度越低，超导体的电学性能往往越好。本样机的转子超导磁体采用我国上海超导公司自主生产的REBCO高温超导线绕制，磁体设计工作温度为30 K（-243℃）。在本次阶段性试验中，借助自主研制的低温氦气高速旋转耦合装置以及超导磁体分布式管道冷却结构，样机成功冷却至26.3 K（如图3所示），并在500 RPM的电机转速下维持了超导转子的低温状态，验证了冷氦气动-静耦合的有效性和可靠性。

图3  阶段性试验中样机转子超导磁体降温曲线

在降温达到稳态后，验证样机进行了空载电压测试（如图4所示）和定子短路测试。在短路测试中定子绕组内电流达到250 A，达到了阶段性试验的预期目标。在整个励磁和拖动测试中，转子超导磁体的温度几乎没有变化，表现出了很强的低温稳定性。

图4  样机空载测试波形

本次阶段性试验在广东电网公司的坚强组织领导、各单位通力合作之下，取得了一系列重要成果，初步达到了技术验证的预期目标，验证了现有技术路线的可行性，为后续10 Mvar高温超导同步调相机的研制提供了技术基础和工程经验，对于推动我国高温超导电机技术的“产学研用”合作具有重要意义。