新型超导电缆输电损失降3/4

正在开展的国家863计划重点项目大电流高温超导直流电缆的关键技术研究与工程示范项目的超导电缆系统组成情况,分析了超导直流电缆与铝电解系列的连接方式以及运行方式。

目前电流引线大多采用挤包型绝缘结构,为改进引线绝缘性能,提出对35kv超导电缆终端电流引线采用绕包型绝缘结构设计。选择了一种在低温条件下仍具有较好电气性能和机械性能的聚丙烯层压纸(lpp)对电流引线进行绕包,并等间距地加入铝箔作为电容屏以改善电流引线的电场分布。通过计算和仿真分析可知,加入4层铝箔对绝缘层电场分布的改善效果最为显著。电气性能测试表明该35kv电流引线完全符合电气性能要求。该绕包型绝缘设计的特点为:绝缘层可以骤冷,且不会遇低温开裂;改善了轴向与径向电场和绝缘层的抗电老化性能,提高了绝缘层的击穿电压。

冷绝缘高温超导电缆的导电层一般设计为多层结构以满足大电流载流特性,但伴随层数的增加,超导体上的集肤效应会引起电缆输电导体各层电流分布不均匀的问题,从而造成电缆损耗增加和传输性能下降。采用基于动态惯性权重因子的粒子群优化算法,提出了电缆导体层电流层间均流优化的设计方法。应用第2代高温超导材料钇钡铜氧涂层导体,通过建立超导电缆的等效电路模型,考虑电场、磁场等约束因素,对一根1km长,110kv/3ka等级的冷绝缘高温超导电缆进行优化设计,获得了电缆本体结构参数及输电导体层和屏蔽层的电流分布。比较优化前后层电流的结果可知,优化后超导电缆各导体层电流与平均电流相比最大不平衡率小于3.5%,各屏蔽层电流达到均布,较好地实现了电缆各导体层电流均匀分布的优化目标。最后,超导模型样缆载流特性实验也验证了优化设计方法的有效性。

本文简要回顾了超导现象的发现及超导性研究和超导材料发展的历史,介绍了高温超导电缆的基本技术和国内外发展情况,对高温超导电缆的制造成本和运行费用进行了评估,并探讨了高温超导电缆在我国的应用前景,同时展望了高温超导电缆的应用给未来的输电系统可能带来的革命性变化

高温超导电缆是21世纪电力传输的新材料,高温超导电缆的应用将给电力传输带来革命性的变化。北京云电英纳超导电缆有限公司是国内首家研制生产高温超导电缆的企业,现已完成国内第一根完整4m高温超导电缆系统的研制和试验,标志着公司已基本掌握高温超导电缆的研制技术,为下一阶段研制30m超导电缆奠定了坚实的基础。

超导磁体系统是iter装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用管装导体(cicc)绕制而成。介绍了管装导体张力控制系统,分析了绞制过程中放线张力对结构参数控制及其绞制质量的影响,并通过技术改造实现了第1、2级子缆绞缆过程中的股线张力的实时、精准控制。在此基础上成功完成了一根长度为765mpf5型样缆的绞制,试制表明本张力控制系统可有效控制电缆导体绞制过程中张力大小,满足超导电缆的绞制的要求。

为了更好地研究高温超导电缆在电力系统中的暂态过程,有必要研究高温超导电缆温升情况。从高温超导电缆的结构出发,分析了高温超导电缆的温度特性,建立了故障状态下高温超导电缆温度分布的数学计算模型,并通过matlab仿真软件对220kv高温超导电缆模型进行了仿真计算。结果表明高温超导电缆超导层与屏蔽层温度在系统发生三相短路时瞬间增大,但随着故障的解除而减小;超导层与屏蔽层电阻在瞬间增大之后会随温度的增大而增大。结果验证了所提出的电缆温度数学模型的可行性。

高温超导电缆在电力系统中运行是发展趋势,若超导电缆本身故障或电力系统故障时都会对其产生重要影响。文中在理论分析低温绝缘的高温超导电缆在短路故障情况下屏蔽层电流与导体层电流相位、幅值的关系基础上,提出了针对低温绝的缘高温超导电缆的失超检测新方法——基于幅值差值检测和相位差值变化率检测,并通过仿真软件pscad/emtdc分析了电力系统发生各种短路故障时高温超导电缆的失超特性,从而验证了这两种检测方法的可行性。

超导电缆主绝缘的设计在整个超导电缆的设计中占有十分重要的地位。文中介绍了冷绝缘hts电缆主绝缘的设计方法和绝缘性能的检测方法;对于超导电缆耐受电压、设计场强和绝缘厚度的确定以及超导电缆主绝缘的性能检测都做了详细的总结;同时也介绍了由于失超引起的局放对绝缘设计的影响。该文所介绍的设计方法和性能检测方法能够为超导电缆主绝缘的设计和绝缘性能检测提供一些参考。

高温超导电缆终端恒温器是高温超导电缆终端系统的重要组成部分,其长期可靠稳定的运行将为整个系统的良好运转奠定坚实基础。文中对成功研制的高温超导电缆终端恒温器进行了详细介绍,包括技术指标及相关要求、总体结构、关键技术、热负荷分析与计算等。试验表明,高温超导电缆终端恒温器结构设计合理、操作方便;大口径可拆法兰低温真空压力环境下的密封技术得到突破、密封性能良好;低温液体输送管道承插密封结构设计新颖、满足工作要求。热负荷的分析与计算为高温超导电缆制冷系统所需冷量的确定提供了依据,同时也为终端恒温器的进一步优化指明了方向。

为使中国第一组并网运行的高温超导电缆稳定可靠地运行,一套高温超导电缆监测与保护系统经开发已投入使用。该系统的上层管理软件为其提供了全面的监测、记录和管理功能。在简要介绍高温超导电缆监测与保护系统的基础上,系统地说明了这一管理软件的整体功能、框架结构设计、通信实现方法、各类数据记录分析和定值管理。由于采用了面向对象的模块化程序设计方法,该软件具有界面友好、层次清晰、扩展性强、运行稳定等特点。

低温绝缘高温超导电力电缆

高温超导交流电缆导电层是由一定数量的超导带材分层并绕而成,各层之间相互绝缘,呈并联分布。每一导电层通过的电流不仅与带材基本特性有关,还受到带材缠绕方式以及其他各层通流的影响。通过研究计算电缆各导电层中的电流分布,讨论影响电流分布的多种因素,可为超导带材导电层的电流分布的分析和设计提供理论基础。

2005年12月28日，由北京市科委主持，北京云电英纳超导电缆有限公司承担的“30米35kv／2ka高温超导电缆研发及产业化示范”项目在北京经济技术开发区博大大厦完成验收。与会专家及领导对超导电缆给予了高度评价。认为其电压等级和输电容量均高于国际已实现并网运行的超导电缆系统云电英纳制定了国内第一套超导电缆系统相关技术文件、超导电缆系统安装作业指导书、超导电缆运行的企业规范，具有良好的示范作用。与会专家对云电英纳挑战新高寄予厚望。

高温超导电缆终端是运行在低温的超导电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件,为了获得有效的超导电缆运行的低温环境,设计了一套电缆与终端可拆卸的恒温器,系统采用过冷液氮循环,液氮既是冷却介质,又是高电压绝缘介质。通过传热理论对恒温器的热负荷进行了计算,得到了用于35-110kv电压等级、额定电流交流2000a的高温超导电缆低温恒温器主要漏热,尤其对终端交流电流引线进行了优化计算。计算结果表明,在现有设计结构下,恒温器的漏热量小于300w;从热负荷分布分析,电流引线漏热为主要漏热,支撑及传输管线的传导漏热占系统总漏热的22%左右。计算结果为该高温超导电缆终端低温系统的设计和进一步优化提供了依据。

北京谱仪(besiii)超导磁体是为北京正负电子对撞机二期改造工程(bepcii)制造的超导探测器磁体.它采用了国际上先进的两相氦间接冷却方式及线圈内绕技术.其超导线为铝稳定体nbti/cu超导电缆.由于生产工艺上长度的限制,besiii超导电缆由三段电缆焊接而成.焊接匝电阻必须限制在一定范围内,以免产生过大的焦耳热,影响磁体的正常运行.超导电缆由支撑筒内部引出到颈管及阀箱部分时,有一定角度的平弯及侧弯,这部分弯曲电缆的载流能力也是必须要考虑的问题.为此,我们进行了两次超导电缆性能测试实验,对超导电缆弯曲前后的载流能力进行了测试,并且测量了超导电缆低温下的焊接电阻.本文提供了这两次实验的实验结果及分析.

35kv/2ka高温超导电力电缆终端 毕延芳　　陈行倩　　马登奎　　罗南昌 孙成元　　崔国根　　武松涛 中国科学院等离子体物理研究所,合肥1126信箱　230031 侯　波　　曹昆南　　信　赢 北京云电英纳超导电缆有限公司,北京　100176 　　电力电缆已被确认为高温超导技术产业化的重要项目之一.电力电缆在终端处屏蔽层 终断、因电场集中,故需改善电场分布和加强电绝缘;超导电缆终端还是运行在低温的超导 电缆芯向常温的高压母线过渡和制冷剂进出口的汇集组件.前期研发的试验终端已初步解 决了终端恒温器结构、电流引线优化、可分离低阻接头和耐高电压的绝缘液氮接管设计和相 关试验研究,在额定电流2ka情况下每对终端的热负荷210w,并进行了5项高电压绝缘试 验. 1引　　言 高温超导材料经历近20年的发展即将步入大规模应用和产业化阶段.银基带bi2

近日,韩国ls电缆的22.9kv级超导电缆在首尔近郊成功应用于实际线路系统,实现了无事故运行,获韩国电力公司授予的"实际线路应用合格认证",并把相关设备及运行工作成功移交韩国电力公司。借此,ls电缆成为了世界唯一一家集开发超导电缆、中间接线盒、终端接线盒以及冷却/控制系统

约1km的世界最长超导电缆被正式整合连入德国埃森市中心电网,成功将2个变电站连接起来,成为内陆城市在未来能源供应实际测试中的1个里程碑。相对于传统电缆,超导电缆技术效率高,可节省空间,输送功率高出5倍,并且几乎没有任何能量损失。该超导电缆项目由德国卡尔斯鲁尔技术研

世界最长的配电电压等级超导电缆系统在韩国首都首尔附近的i＇cheon变电站投入运行。该条超导电缆线路由美国超导线公司制造，

建立了30米长高温超导电缆的二维模型,利用fluent软件对该模型进行仿真分析。在该模型中,采用波纹管恒温器,分析了波纹管的波距、波高等因素对出口液氮温度的影响。结果表明:在相同的热负荷及流量下,波纹管的波距越小,波高越大,出口液氮温度越高。超导电缆波纹管内液氮温度模拟,为低温冷却系统的优化设计提供理论依据。

近日，韩国ls电缆的22．9kv级超导电缆在首尔近郊成功应用于实际线路系统，实现了无事故运行，获韩国电力公司授予的“实际线路应用合格认证”，并把相关设备及运行工作成功移交韩国电力公司。借此，ls电缆成为了世界唯一一家集开发超导电缆、中间接线盒、终端接线盒以及冷却／控制系统为一体的整个超导电缆系统、同时成功完成安装、运行的企业。超导电缆采用电阻率为“零”的超导体，无电力损耗，可通过一根电缆传输原有一般电缆5倍以上的电量。长远来讲，超导电缆还作为实现国家间、大陆间电力传输的智能电网基础技术被业界称为“梦的技术”。