超導(dǎo)電纜系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

超導(dǎo)能源管道研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景/邱清泉，滕玉平，靖立偉，肖立業(yè)

【摘要】超導(dǎo)電纜具有載流能力強(qiáng)、損耗低等優(yōu)勢(shì)，是長(zhǎng)距離輸電的良好選擇，但低溫制冷成本高、維護(hù)困難是制約其發(fā)展的重要瓶頸因素。氫氣和天然氣是低碳能源利用的重要載體，采用液化集輸技術(shù)將有助于降低遠(yuǎn)距離輸送成本。如果將超導(dǎo)輸電與輸氫和天然氣相結(jié)合，利用液氫（liquid hydrogen，LH2）和液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）管道的低溫環(huán)境來(lái)冷卻超導(dǎo)電纜，將有望解決超導(dǎo)電纜在長(zhǎng)距離輸電中的瓶頸問(wèn)題。文中介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電力/LH2混輸超導(dǎo)能源管道和電力/LNG混輸超導(dǎo)能源管道的研發(fā)現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，分析其存在的問(wèn)題，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。論文工作對(duì)于電力和燃料輸送通道的規(guī)劃和建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】能源管道；超導(dǎo)輸電；超導(dǎo)電纜；低溫燃料

強(qiáng)電強(qiáng)磁用第二代高溫超導(dǎo)帶材/黃榮鐵，吳文靜，李勇，張寧，祖浩文，劉志勇，蔡傳兵

【摘要】第二代高溫超導(dǎo)帶材因其具有高臨界溫度、高上臨界場(chǎng)、高臨界電流密度、高不可逆場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，且運(yùn)行溫度和運(yùn)行磁場(chǎng)均廣于其他超導(dǎo)材料，這使得REBCO（REBa2Cu3O7-δ，RE為Y、Gd等稀土元素）高溫超導(dǎo)帶材在很多強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用場(chǎng)景下，都具備巨大的潛力。文中介紹了REBCO高溫超導(dǎo)帶材邁向?qū)嵱没^(guò)程中遇到的關(guān)鍵問(wèn)題及進(jìn)展，包括人工磁通釘扎中心調(diào)制和高性能超導(dǎo)層厚化等難題；同時(shí)，還介紹了基于REBCO高溫超導(dǎo)帶材的高溫超導(dǎo)電纜和管內(nèi)電纜導(dǎo)體（cable-in-conduit conductors，CICC）在大電流傳輸和強(qiáng)磁體應(yīng)用的進(jìn)展?！娟P(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)；REBCO帶材；磁通釘扎；厚膜；電纜；CICC

基于第二代高溫超導(dǎo)帶材的導(dǎo)體構(gòu)型及纜線(xiàn)技術(shù)/崔曉彤，李文皓，徐茂川，李金寬，李永正，李敏娟，周迪帆，蔡傳兵

【摘要】超導(dǎo)電纜是電力傳輸領(lǐng)域的革命性技術(shù)。為了利用第二代高溫超導(dǎo)體稀土鋇銅氧（rare earth barium copper oxide，REBCO）帶材的優(yōu)越性能，制造能在長(zhǎng)距離傳輸中實(shí)現(xiàn)高載流、高效率的大電流電纜，對(duì)不同構(gòu)型的高溫超導(dǎo)電纜進(jìn)行研究。文中系統(tǒng)梳理了典型高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電磁特性及制造工藝進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比與評(píng)述，可為未來(lái)商業(yè)化的電網(wǎng)輸電和可控核聚變等研究提供有價(jià)值的參考和指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】第二代高溫超導(dǎo)帶材；高溫超導(dǎo)電纜；可控核聚變

高溫超導(dǎo)電纜用低溫復(fù)合絕緣材料工頻擊穿特性/李萬(wàn)麒，馬韜，張鳳銀，黃有義，王邦柱，白新泉

【摘要】高溫超導(dǎo)（high-temperature superconductivity，HTS）電纜憑借其高臨界電流密度、低傳輸損耗和窄走廊占地需求，在電網(wǎng)大容量電力傳輸中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)電纜運(yùn)行于低溫環(huán)境，對(duì)主絕緣材料的選擇和多種絕緣材料的相容性提出了苛刻的要求。以聚丙烯層壓紙（polypropylene laminated paper，PPLP）和牛皮紙為基礎(chǔ)材料，分別與聚酰亞胺（polyimide，PI）、聚芳酰胺纖維紙（Nomex）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）等材料復(fù)合，組成雙層和三層復(fù)合絕緣材料樣品，研究其在工頻交流電壓下的擊穿特性。結(jié)果表明，PPLP、牛皮紙與PTFE組成的復(fù)合絕緣材料性能最為出色，其界面相容性?xún)?yōu)越，能有效分散電場(chǎng)集中，顯著提升絕緣材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。為HTS電纜絕緣材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，對(duì)推動(dòng)HTS電纜實(shí)用化發(fā)展具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)電纜；復(fù)合絕緣；低溫；工頻擊穿

高壓預(yù)致密化對(duì)Bi-2212線(xiàn)材前驅(qū)粉末及線(xiàn)材性能的影響/徐曉燕，郝清濱，焦高峰，劉國(guó)慶，金利華，姚凱，張勝楠，李建峰

【摘要】針對(duì)高壓預(yù)致密化過(guò)程中存在的鉍鍶鈣銅氧Bi-2212（化學(xué)式Bi2Sr2CaCu2Ox）線(xiàn)材前驅(qū)粉末發(fā)生非平衡相變的問(wèn)題，采用粉末裝管技術(shù)制備了多芯Bi-2212線(xiàn)材，系統(tǒng)研究了高壓預(yù)致密化處理（high-pressure pre-densification，OP-PD）對(duì)線(xiàn)材前驅(qū)粉末相組成及最終載流性能的影響。研究結(jié)果表明：在總環(huán)境壓力為5.0MPa的OP-PD條件下，線(xiàn)材發(fā)生約3%的徑向收縮。隨著氧分壓的升高，Bi-2212前驅(qū)粉末發(fā)生明顯的部分分解，形成富Cu相區(qū)和富Bi相區(qū)。在完全高壓熱處理（over-pressure heat treatment，OP-HT）后，經(jīng)OP-PD 預(yù)處理的線(xiàn)材芯絲致密度顯著提高，第二相殘留量明顯減少。與未經(jīng)OP-PD預(yù)處理、直接進(jìn)行OP-HT的線(xiàn)材相比，其載流性能提升超20%。
【關(guān)鍵詞】Bi-2212線(xiàn)材；高壓預(yù)致密化工藝；前驅(qū)粉末；載流性能

傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的熱負(fù)荷研究/李曉航，蘇坤，楊勇

【摘要】高溫超導(dǎo)電纜能夠以低損耗傳輸大電流，已在多項(xiàng)示范工程中得到驗(yàn)證。多數(shù)示范工程普遍使用液氮冷卻電纜，具有冷卻劑成本低和運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，在某些應(yīng)用場(chǎng)景，如安裝在移動(dòng)平臺(tái)上時(shí)，使用揮發(fā)性低溫液體受到限制或不能及時(shí)補(bǔ)充液體損耗，此時(shí)傳導(dǎo)冷卻成為可行方案。傳導(dǎo)冷卻依賴(lài)于固體傳熱，冷卻效率低于液體浸泡，因此傳導(dǎo)冷卻電纜對(duì)熱負(fù)荷極為敏感。為保證安全穩(wěn)定運(yùn)行，傳導(dǎo)冷卻電纜的熱負(fù)荷在設(shè)計(jì)與研制階段必須加以詳細(xì)考察，獲得定量結(jié)果，并與冷卻功率相匹配。高溫超導(dǎo)電纜的熱負(fù)荷有3個(gè)主要來(lái)源：電纜本體發(fā)熱、常導(dǎo)引線(xiàn)的電阻發(fā)熱及傳導(dǎo)熱、外界環(huán)境向低溫容器內(nèi)傳熱。通過(guò)在西安電子科技大學(xué)的傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜樣機(jī)及配套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展研究，獲得了典型熱負(fù)荷與制冷量數(shù)據(jù)，分析并初步掌握了計(jì)算熱負(fù)荷所需參數(shù)，積累的運(yùn)行及改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)實(shí)用型傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件。
【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)電纜；高溫超導(dǎo)帶材；傳導(dǎo)冷卻；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

10kV/10kA超導(dǎo)直流電纜設(shè)計(jì)及其電磁特性分析/李力，楊明臻，司文澤，徐穎，任麗，石晶

【摘要】與傳統(tǒng)輸電方式相比，超導(dǎo)直流輸電使用第二代高溫超導(dǎo)帶材，可以在無(wú)電阻、小體積的情況下實(shí)現(xiàn)大容量電能輸送，為未來(lái)電網(wǎng)建設(shè)提供了一種重要思路。針對(duì)大容量電力輸送需求，以10kV/10kA超導(dǎo)直流電纜作為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹了高溫超導(dǎo)直流電纜設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了電纜的等效電路方程，明確電纜導(dǎo)體各層結(jié)構(gòu)參數(shù)。以此為基礎(chǔ)，建立超導(dǎo)直流電纜的3D電磁模型，分析每層超導(dǎo)帶材的平行磁場(chǎng)與垂直磁場(chǎng)分布，探究超導(dǎo)帶材的電磁特性，結(jié)合超導(dǎo)帶材各向異性磁場(chǎng)對(duì)臨界電流的影響，計(jì)算出每層超導(dǎo)帶材中由磁場(chǎng)所導(dǎo)致的臨界電流衰減，評(píng)估超導(dǎo)直流電纜的通流能力。最后，研制了一根長(zhǎng)度為5m的10kV/10kA正負(fù)極同軸構(gòu)型超導(dǎo)直流電纜樣纜，并開(kāi)展通流測(cè)試與絕緣測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，樣纜的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)直流電纜；T-A方程；臨界電流評(píng)估

堆疊式高溫超導(dǎo)消磁電纜通電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能提升/王玉山，張旭明，楊柳春，包穎，李曼，張國(guó)棟

【摘要】文中研究了第二代高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧（yttrium barium copper oxide，YBCO）帶材在堆疊式消磁電纜通電導(dǎo)體中的電磁特性?xún)?yōu)化問(wèn)題?；邴溈怂鬼f經(jīng)典電磁理論構(gòu)建了消磁電纜通電導(dǎo)體的三維堆疊電磁模型，在仿真平臺(tái)上輸入相關(guān)參數(shù)，通過(guò)堆疊模型的磁場(chǎng)分布云圖和磁通密度模切面圖，分析帶材排列方式與電磁結(jié)構(gòu)對(duì)電纜載流性能的影響機(jī)制。計(jì)算對(duì)比平行堆疊、交錯(cuò)堆疊兩種典型排列方式的磁場(chǎng)分布特征，以實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證仿真模型，檢驗(yàn)交錯(cuò)堆疊排列的優(yōu)勢(shì)，隨后采取交錯(cuò)堆疊通電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，繞制多層超導(dǎo)帶材，以進(jìn)一步提升高溫超導(dǎo)消磁電纜的臨界電流。優(yōu)化后消磁電纜的臨界電流由3.7kA提升至4.2kA（+13.5%），研究結(jié)果為YBCO消磁電纜的工程化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)與技術(shù)路徑。
【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)電纜；堆疊式高溫超導(dǎo)消磁電纜；麥克斯韋；電磁結(jié)構(gòu)；仿真優(yōu)化 

磁偏置超導(dǎo)限流器低溫制冷自持氮液化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證/許紅，胡咸軍，諸嘉慧，丁開(kāi)忠，張玉健，黃天亮，李俊

【摘要】針對(duì)磁偏置超導(dǎo)限流器低溫杜瓦的自持需求，以及現(xiàn)有杜瓦的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行了低溫制冷自持氮液化系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)、漏熱分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了插拔結(jié)構(gòu)的冷頭換熱結(jié)構(gòu)、低溫冷凝換熱器。設(shè)計(jì)的磁偏置超導(dǎo)限流器低溫液氮制冷系統(tǒng)完成了連續(xù)6個(gè)月的并網(wǎng)運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)果表明：氮液化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行期間壓力和溫度分別維持在85kPa和75.9K上下，滿(mǎn)足磁偏置超導(dǎo)限流器低溫杜瓦的自持需求，研究方案提供了利用小型吉福德-麥克馬洪（Gifford-Mcmahon，GM）制冷機(jī)作為冷源的超導(dǎo)限流器與超導(dǎo)電纜協(xié)調(diào)控制的可能性，減少對(duì)液氮的依賴(lài)，提升系統(tǒng)靈活性。

【關(guān)鍵詞】超導(dǎo)限流器；氮液化系統(tǒng)；GM制冷機(jī)

三相交流高溫超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)/陶文兵，石國(guó)麗，張寒，余靜薇，權(quán)福生，王曉東，韓云武，王沛，丁懷況

【摘要】超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化應(yīng)用的核心挑戰(zhàn)。以上海徐匯區(qū)35kV高溫超導(dǎo)電纜示范工程為背景，研制了一套具備多重冗余設(shè)計(jì)的制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用逆布雷頓制冷機(jī)、斯特林制冷機(jī)和抽空減壓系統(tǒng)3種冷源協(xié)同運(yùn)行，支持在線(xiàn)切換與維護(hù)；配置兩套獨(dú)立泵箱并聯(lián)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)液氮循環(huán)動(dòng)力冗余；通過(guò)補(bǔ)液、補(bǔ)氣及加熱控壓3種機(jī)制獨(dú)立運(yùn)行，保障系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。截至2025年7月，該系統(tǒng)在嚴(yán)苛工況下持續(xù)運(yùn)行超1200d。工程實(shí)踐表明，多重冗余設(shè)計(jì)顯著提升了超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，為其商業(yè)化推廣提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】制冷系統(tǒng)；超導(dǎo)電纜；過(guò)冷液氮；冷箱；泵箱

超導(dǎo)電纜在城市電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景探究/宗曦華，魏小淤，孟毓，韓云武，黃逸佳

【摘要】隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，城市的用電負(fù)荷增長(zhǎng)快速。與之相對(duì)的，現(xiàn)有常規(guī)線(xiàn)纜傳輸能力已趨于傳輸能力上限，且城市內(nèi)部供電通道和用地資源緊張，無(wú)法滿(mǎn)足城市電網(wǎng)電力增容的需求。高溫超導(dǎo)電纜作為一種利用高溫超導(dǎo)材料制作而成的新型電力電纜，其具有傳輸電流大、損耗低、體積小、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決城市電網(wǎng)增容與土地空間不足之間的矛盾。為探究超導(dǎo)電纜在城市電網(wǎng)中應(yīng)用的可行性，基于現(xiàn)有城市電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及增容過(guò)程中相應(yīng)的難點(diǎn)，結(jié)合超導(dǎo)電纜的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析其在城市電網(wǎng)中應(yīng)用的可能場(chǎng)景。同時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜在相同應(yīng)用場(chǎng)景中的整體造價(jià)進(jìn)行對(duì)比，為后續(xù)超導(dǎo)電纜在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】超導(dǎo)電纜；城市電網(wǎng)；高負(fù)荷密度

上海35kV公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜工程/韓云武，宗明，宗曦華

【摘要】近年來(lái)，全球范圍內(nèi)超導(dǎo)電纜工程應(yīng)用取得顯著發(fā)展，多條高溫超導(dǎo)電纜線(xiàn)路并入商業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行。2021年12月22日，全球首條35kV公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)徐匯工程）在上海市中心城區(qū)之一的徐匯區(qū)正式投運(yùn)，為該區(qū)約4.9萬(wàn)戶(hù)居民供電，年供電超1.8×108kW·h。徐匯工程從多個(gè)角度展示并驗(yàn)證了超導(dǎo)電纜在大型城市輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，文中主要介紹該工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行情況。

【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)電纜；工程設(shè)計(jì)；工程建設(shè)；運(yùn)行情況

蘇州同里高溫超導(dǎo)直流電纜示范工程的壓降與空間分析/張旭明，楊柳春，王玉山，包穎，李曼，張國(guó)棟

【摘要】在全球電能低碳化及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的背景下，傳統(tǒng)電纜因其損耗高、傳輸容量有限等問(wèn)題難以滿(mǎn)足需求，高溫超導(dǎo)技術(shù)憑借其零電阻和高載流密度等優(yōu)勢(shì)成為關(guān)鍵突破方向。文中聚焦超導(dǎo)電纜技術(shù)，闡述其發(fā)展歷程及工程應(yīng)用，并重點(diǎn)分析蘇州同里高溫超導(dǎo)直流電纜示范工程的技術(shù)特點(diǎn)。該工程所用超導(dǎo)直流電纜基于自主研發(fā)的釔鋇銅氧（yttrium barium copper oxide，YBCO）帶材，采用正負(fù)極同軸結(jié)構(gòu)，額定電流可達(dá)4500A，能夠?qū)崿F(xiàn)3.4MW功率傳輸。與傳統(tǒng)線(xiàn)路方案對(duì)比，超導(dǎo)直流電纜的管廊空間占用僅為傳統(tǒng)直流電纜的67.7%，且其供電模式靈活性、遠(yuǎn)期擴(kuò)容能力及線(xiàn)路壓降（降低99.9%）等方面優(yōu)勢(shì)顯著。示范工程的并網(wǎng)運(yùn)行，為高溫超導(dǎo)技術(shù)在中低壓配網(wǎng)直流電力傳輸中的實(shí)用化提供了工程經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)支撐，對(duì)推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)及雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)直流電纜；YBCO帶材；中低壓直流配電；高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)

來(lái)源 | 上纜所傳媒

編輯 | 房久仙

審核 | 何曉芳

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