更广泛应用超导 电缆技术的时机 已经成熟

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近年来,用于中高压电力电缆的高温超导技术已经逐步从原型阶段过渡到现场 试验的初始阶段。由于使用了特殊材料,在相对较高的温度下达到超导状态, 令液氮作为冷却剂成为可能。因此,目前成本效益合理的工业化使用超导技术 似乎实际上‘即将到来’。 超导电缆代表着一种创新的电力传输技术,它拥有许多潜在的优势,尤其是用 于高人口密度的城市环境中,主要包括:

• 电流密度更大,线缆走廊更小;

• 相同电压下,输电容量高5倍;

• 不干燥土壤;

• 减小磁场;

• 减少高压开关需要占用的空间;

• 电缆本身具有限制短路电流的能力。

过去几年中,已经研发并测试了一系列不同的超导电缆与电缆附件。最初的单 芯与三芯原型同时包括低温与高温电介质(即绝缘),导体是铜线与超导材料 的混合体。但是,额定电流为2和3kA之间时,单芯电缆外部磁场强度很大的问 题通常要求采用同轴电缆设计。

图中展示的是现代超导中压线缆的典型结构。其内核为可被液氮冷却的波纹钢 管,并包有绝缘材料。接下来,第一相是超导材料带,第二、三相是绝缘层, 最外部则是绝缘与屏蔽铜网。最后 使用隔热装置(即所谓的低温恒温 器)将此完整的同轴三相电缆系统 包裹。 首批将超导电缆用于网络集成的其 中一个项目是在2008年,用在纽约 长岛电力局的电网上,为138kV电 缆。该条600m长电缆的额定电流 为2.4kA,输电容量为573MVA。 近期也许令人更感兴趣的是去年12 月份安装在德国埃森市的电缆,一 条1公里长的10kV三芯同轴电缆, 额定电流为2.31kA,输电容量为 40MVA。这条系统完整的电缆包 括:低温恒温器包裹的同轴电缆; 一个电缆接头;两个电缆终端;一个限流器;以及制冷系统。目前,韩国济州 岛的一个混合架空线路的多阶段项目也将很快评估超导直流与交流电缆的安装 (详见20页的文章)。 在埃森市的项目中,每个终端由多个元件集成而成,包括低温电缆芯之间的三 相连接器;室温接触部分;以及与制冷系统的连接。因此,终端的尺寸较大, 长2.4m,直径1m。

若想更广泛应用超导电缆系统,且不受长度所限,其核心是找到合适的直线接 头。这种接头必须安装在现场以保证在出现严重损坏或者故障时可以进行维修。

目前,适用于不同电压等级的多种同轴单芯、三芯超导电缆,以及相应的终端与 接头已经面世,因此,大范围商业应用超导电缆的所有技术要求已几近满足。

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