我國研制出6米長液氮高溫超導電纜

為了分析導電層分流特征對超導電纜交流損耗分布影響,建立了基于ybco涂層導體的110kv/3ka冷絕緣高溫超導電纜載流數學模型,計算了不同運行溫度下超導電纜各導電層電流分布,并根據monoblock模型及bean模型計算了超導電纜交流損耗.計算結果表明77k下超導電纜層電流均勻分布時總交流損耗最小;69k時超導電纜總交流損耗最小時,電纜各導電層電流分布不均,超導電纜層電流均勻分布時總交流損耗最小這一觀點并不具有普遍性.所提出的計算方法和結果為降低多導電層超導電纜交流損耗提供了新思路.

在底特律高溫超導電纜取代銅電纜

本文對一種額定電流為400a的高溫超導消磁電纜的電纜端頭進行了初步的理論設計,建立了電流引線的導熱物理模型,采取數學求導的方法計算得出電流引線漏熱的大小與電流引線長度和橫截面積的設計有一定的關系。結合額定電流值計算出電流引線漏熱達到最小時電流引線相應的長度、橫截面積,最后估算了電纜端頭的漏熱負荷。

為了更好地研究高溫超導電纜在電力系統中的暫態過程,有必要研究高溫超導電纜溫升情況。從高溫超導電纜的結構出發,分析了高溫超導電纜的溫度特性,建立了故障狀態下高溫超導電纜溫度分布的數學計算模型,并通過matlab仿真軟件對220kv高溫超導電纜模型進行了仿真計算。結果表明高溫超導電纜超導層與屏蔽層溫度在系統發生三相短路時瞬間增大,但隨著故障的解除而減小;超導層與屏蔽層電阻在瞬間增大之后會隨溫度的增大而增大。結果驗證了所提出的電纜溫度數學模型的可行性。

高溫超導電纜在電力系統中運行是發展趨勢,若超導電纜本身故障或電力系統故障時都會對其產生重要影響。文中在理論分析低溫絕緣的高溫超導電纜在短路故障情況下屏蔽層電流與導體層電流相位、幅值的關系基礎上,提出了針對低溫絕的緣高溫超導電纜的失超檢測新方法——基于幅值差值檢測和相位差值變化率檢測,并通過仿真軟件pscad/emtdc分析了電力系統發生各種短路故障時高溫超導電纜的失超特性,從而驗證了這兩種檢測方法的可行性。

為使中國第一組并網運行的高溫超導電纜穩定可靠地運行,一套高溫超導電纜監測與保護系統經開發已投入使用。該系統的上層管理軟件為其提供了全面的監測、記錄和管理功能。在簡要介紹高溫超導電纜監測與保護系統的基礎上,系統地說明了這一管理軟件的整體功能、框架結構設計、通信實現方法、各類數據記錄分析和定值管理。由于采用了面向對象的模塊化程序設計方法,該軟件具有界面友好、層次清晰、擴展性強、運行穩定等特點。

通過建立高溫超導電纜等效電路模型,并提出電流分布等效數學方程,求得高溫超導電纜導體層電流分布。繞制一根0.2m長110kv/2ka高溫超導電纜樣纜,并進行載流能力實驗,得到各層電流分布結果。分析發現,各層電流分布的實驗結果與理論計算結果吻合,從而驗證電流分布計算模型的正確性,以及調整繞制角度對均勻層間分流的有效性。研究結論對以后更長高溫超導電纜的載流能力分析具有一定的指導意義。

高溫超導電纜終端恒溫器是高溫超導電纜終端系統的重要組成部分,其長期可靠穩定的運行將為整個系統的良好運轉奠定堅實基礎。文中對成功研制的高溫超導電纜終端恒溫器進行了詳細介紹,包括技術指標及相關要求、總體結構、關鍵技術、熱負荷分析與計算等。試驗表明,高溫超導電纜終端恒溫器結構設計合理、操作方便;大口徑可拆法蘭低溫真空壓力環境下的密封技術得到突破、密封性能良好;低溫液體輸送管道承插密封結構設計新穎、滿足工作要求。熱負荷的分析與計算為高溫超導電纜制冷系統所需冷量的確定提供了依據,同時也為終端恒溫器的進一步優化指明了方向。

本文簡要回顧了超導現象的發現及超導性研究和超導材料發展的歷史,介紹了高溫超導電纜的基本技術和國內外發展情況,對高溫超導電纜的制造成本和運行費用進行了評估,并探討了高溫超導電纜在我國的應用前景,同時展望了高溫超導電纜的應用給未來的輸電系統可能帶來的革命性變化

高溫超導電纜是21世紀電力傳輸的新材料,高溫超導電纜的應用將給電力傳輸帶來革命性的變化。北京云電英納超導電纜有限公司是國內首家研制生產高溫超導電纜的企業,現已完成國內第一根完整4m高溫超導電纜系統的研制和試驗,標志著公司已基本掌握高溫超導電纜的研制技術,為下一階段研制30m超導電纜奠定了堅實的基礎。

單通道冷絕緣高溫超導電纜的銅骨架直徑的主要決定因素為超導電纜的短路熱穩定性、載流能力以及交流損耗。除此之外,由于超導層帶材的排布方式間接地影響了超導電纜的載流能力、交流損耗以及超導電纜的機械強度,因此在設計時帶材排布方式也是必須要考慮的設計銅骨架直徑的因素。文中綜合考慮各因素之間的重要程度,提出了設計單通道冷絕緣高溫超導電纜銅骨架的設計流程,并以110kv/3ka的高溫超導電纜為例進行了設計計算。

2月21日下午,中國首條公里級高溫超導電纜示范工程啟動大會在上海寶山城市工業園區舉行。這意味著,高溫超導電纜示范工程作為上海加快超導技術產業化的重要突破口,已經做好了技術儲備、工程建設、人才團隊、產業承載的各項準備,標志著我國超導電纜實用產業化正式起步。

東京電力和住友電氣工業將于2001年6月進行高溫超導電纜線的通電實驗,2010年前后在東京中心區域進行實用化。目前地下管線為內徑150mm,最大送電能力為約10萬kw。如果高溫超電導纜線能夠用于實際送電,其送電能力將增大10倍;達到100萬kw。由于在人口密集的城市中心建筑電力傳送設施的成本本來就很高,因此即使采用77k的液氮進行冷卻來實現

低溫系統是該試驗裝置的一個主要分系統,采用增壓過冷液氮冷卻高溫超導電纜及其電流引線,是國內首次采用過冷液氮循環冷卻高溫超導電纜的低溫系統。低溫系統包括兩大部分:過冷液氮循環部分和制冷部分。在過冷液氮循環部分,以低溫泵的揚程作為循環流動動力,液氮通過與制冷部分的熱交換,獲取冷量,被輸送到高溫超導電纜低溫容器和終端,液氮通過與電纜的換熱釋放其冷量,最后回到氣液分離器,進入下一個循環過程。制冷部分采用液氮減壓降溫獲取冷量,其最大制冷量3.3kw,液氮消耗72l/h。

高溫超導電纜終端是運行在低溫的超導電纜芯向常溫的高壓母線過渡和制冷劑進出口的匯集組件,為了獲得有效的超導電纜運行的低溫環境,設計了一套電纜與終端可拆卸的恒溫器,系統采用過冷液氮循環,液氮既是冷卻介質,又是高電壓絕緣介質。通過傳熱理論對恒溫器的熱負荷進行了計算,得到了用于35-110kv電壓等級、額定電流交流2000a的高溫超導電纜低溫恒溫器主要漏熱,尤其對終端交流電流引線進行了優化計算。計算結果表明,在現有設計結構下,恒溫器的漏熱量小于300w;從熱負荷分布分析,電流引線漏熱為主要漏熱,支撐及傳輸管線的傳導漏熱占系統總漏熱的22%左右。計算結果為該高溫超導電纜終端低溫系統的設計和進一步優化提供了依據。

低溫絕緣高溫超導電力電纜

高溫超導交流電纜導電層是由一定數量的超導帶材分層并繞而成,各層之間相互絕緣,呈并聯分布。每一導電層通過的電流不僅與帶材基本特性有關,還受到帶材纏繞方式以及其他各層通流的影響。通過研究計算電纜各導電層中的電流分布,討論影響電流分布的多種因素,可為超導帶材導電層的電流分布的分析和設計提供理論基礎。

液氮冷卻系統是10米105kv/15ka三相交流高溫超導電纜實驗裝置中的一個主要分系統。介紹了液氮冷卻系統設計方案的選擇,提供了液氮冷卻系統的主要設計計算內容,并通過與高溫超導電纜聯機試驗,表明了該液氮冷卻系統的設計是成功的,為75米三相交流高溫超導電纜研制提供穩定可靠冷源奠定了基礎。

2005年12月28日，由北京市科委主持，北京云電英納超導電纜有限公司承擔的“30米35kv／2ka高溫超導電纜研發及產業化示范”項目在北京經濟技術開發區博大大廈完成驗收。與會專家及領導對超導電纜給予了高度評價。認為其電壓等級和輸電容量均高于國際已實現并網運行的超導電纜系統云電英納制定了國內第一套超導電纜系統相關技術文件、超導電纜系統安裝作業指導書、超導電纜運行的企業規范，具有良好的示范作用。與會專家對云電英納挑戰新高寄予厚望。

冷絕緣高溫超導電纜的導電層一般設計為多層結構以滿足大電流載流特性,但伴隨層數的增加,超導體上的集膚效應會引起電纜輸電導體各層電流分布不均勻的問題,從而造成電纜損耗增加和傳輸性能下降。采用基于動態慣性權重因子的粒子群優化算法,提出了電纜導體層電流層間均流優化的設計方法。應用第2代高溫超導材料釔鋇銅氧涂層導體,通過建立超導電纜的等效電路模型,考慮電場、磁場等約束因素,對一根1km長,110kv/3ka等級的冷絕緣高溫超導電纜進行優化設計,獲得了電纜本體結構參數及輸電導體層和屏蔽層的電流分布。比較優化前后層電流的結果可知,優化后超導電纜各導體層電流與平均電流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽層電流達到均布,較好地實現了電纜各導體層電流均勻分布的優化目標。最后,超導模型樣纜載流特性實驗也驗證了優化設計方法的有效性。

**資訊http://www.***.***