1.引言

随着对电力故障非常敏感的计算机和半导体器件的广泛应用，越来越多电力用户对供电质量提出了更高要求。储能技术能够有效地改善电力系统的稳定性，提高供电质量，因此储能技术的发展逐步受到重视。超导磁体储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES)具有快速吸收、释放和储备电能的能力，并且储能密度高，结构紧凑。这为超导储能系统参与电力系统、改善供电质量提供了有利条件[1]。近些年来超导储能成为超导应用研究领域的一个热点。现在微型超导储能系统已实现产品化。今年， IGC公司的一台IPQ-750 SMES系统安装于美国Tyndall空军基地，并成功并网运行[2]。

超导储能磁体作为一种电磁储能元件，在运行过程中会产生相当强的磁场。一般超导储能磁体产生的中心场强为104高斯数量级，但10高斯数量级的磁场就可以导致一些电子设备不能正常工作，5高斯的磁场就可能使一个配有心脏起博器的人面临生命危险[3]。因此，如果不采用相应的措施对磁场加以限制和屏蔽，杂散分布于超导磁体系统之外的漏磁场会对周围环境带来不利的影响。要扩大超导磁体储能系统的应用场合，减小超导磁体杂散磁场带来的应用限制，就必须考虑超导磁体系统的磁屏蔽问题。

2.超导储能磁体及磁场特点

电流在闭合超导线圈中流过时，没有常规线圈中出现的焦耳热损耗，发热较少。因此，与常规线圈相比，超导线圈的运行电流可以达到很高的水平。较高的运行电流就意味着可以产生较高的磁场，这也是大多数超导磁体不需要铁磁材料构成磁通回路，也能产生强磁场的原因。

超导磁体在运行时会产生具有一定场型分布的磁场，该磁场存储着一定的电磁能。在能量交换时，超导储能系统利用的是这个磁场的相应电磁储能，而不是具体的磁场场形，磁场的分布状态并不对能量交换起直接作用。因此早期超导储能磁体设计的一个基本目标是用尽可能少的超导材料存储尽可能大的电磁能量。并且在设计过程中不需要直接考虑磁场的场型。

由于超导储能系统储能密度高，整个储能装置可以做得相当紧凑。体积小、储能高是超导储能系统的一个优势。由于体积小、重量轻，超导磁体储能系统还具有一定的可移动性。这在某些特殊场合显得尤为重要。

高场强、能量转换不受场型限制、结构紧凑，这三个特性是考虑超导储能系统磁屏蔽问题的基本出发点。

3.屏蔽方法的选取

目前，超导储能系统的超导磁体主要采用两种结构形式：螺管线圈和环形线圈。环形线圈由于自身的结构特点，在理想状态下，线圈产生的磁场完全封闭于线圈内部，没有漏磁，实际建造的环形磁体的漏磁也很小[4]。因而超导储能系统的磁屏蔽主要是对螺管形式的超导磁体。

螺管型超导磁体已广泛应用于MRI系统中，根据MRI系统的磁场屏蔽经验，超导磁体有三种可能的屏蔽方式：房屋屏蔽、铁磁屏蔽和主动屏蔽[5]。

房屋屏蔽要求将超导磁体安装于位置固定的专用于磁屏蔽的房间内。理想的超导储能系统应该是具有一定的可移动性，并且有时SMES用户很难单独提供一个专用屏蔽房屋以容纳超导磁体。从这个角度看，房屋屏蔽不太合适。

简单地说铁磁屏蔽就是利用铁磁材料为磁通提供回路，从而改变其磁场场形，将磁场尽量限制在磁体附近的区域，达到减小漏磁场的效果。由于超导磁体产生的磁场较强，用普通铁磁材料进行屏蔽很容易使材料进入饱和状态，导致屏蔽效率低，铁磁材料用量大。这就使整个超导储能装置的体积和重量显著增加，不利于超导储能系统的应用。例如，如果用铁磁材料屏蔽一个3.43MJ的超导储能系统，使5高斯等磁密线所包围面积减小一个数量级，就要增加16吨铁磁材料;而对20MJ的系统，则要增加100吨的铁磁材料[6]。可见单纯的铁磁屏蔽不适合超导磁体的磁屏蔽。