超导在电力系统中的应用

超导技术将对21世纪的电力系统产生重大影响,介绍高温超导电缆、超导电力储存、超导限流器原理及其应用前景。     

超导电力技术发展近况

采用超导电力技术,不仅可以大大提高单机容量和电网的输送容量,大大降低电网的损耗,而且还可以明显改善电能的质量、提高电力系统运行的性能。随着近年来高温超导材料所取得的进展,美国、日本、欧洲及我国都相继开展超导电力应用的研究,如高温超导故障限流器、高温超导输电电缆、高温超导变压器等,有的已经研制出样机并将投入实验和运行,以下分别作一下介绍。     

高温超导电缆发展及其应用概述

随着高温超导技术的发展,高温超导电缆已经在输电系统中有了实际应用。与传统电缆相比,高温超导电缆具有传输容量大、损耗低、体积小、重量轻、可靠性高、节约资源、环境友好等优势,有望在未来电网发展中发挥重要作用。本文介绍了高温超导电缆的结构及特点、基本设计原理、传输电流与导体层电流分布及交流损耗等技术问题,并对高温超导电缆在交流和直流输电系统中的应用以及目前世界各国对高温超导电缆的研究及成果做了介绍。     

基于LabVIEW的高温超导电缆交流损耗测试系统设计

交流损耗是影响超导设备设计和运行的一个重要因素。为了研究冷绝缘高温超导电缆交流损耗的变化规律,提出了一种基于虚拟仪器(LabVIEW)的高温超导电缆交流损耗的测量方法,并搭建了交流损耗的测试系统。通过美国国家仪器公司的数据采集系统获取超导电缆内外导体层的端电压和各层电流信号,基于互相关算法求出每层端电压和电流信号的相位差,在消除接头电阻的影响后计算得到交流损耗。在50Hz和60Hz的情况下,测量了0.2m长、110kV/1.5kA的高温超导电缆模型样缆的交流损耗。结果表明在对数坐标下,交流损耗随传输电流增大而线性增大,将频率归一化后,不同频率下电缆的损耗曲线基本吻合,单位周期的交流损耗值相同。研究的结果对于高温超导电缆研究和应用具有一定的参考价值。     

南网高温超导电缆技术跃居世界前列

《大容量、35千伏级实用化超导电缆系统的研制及应用》是国家“863”专项，是高效、节能、环保输电的战略性和前瞻性高科技项目，项目首次使用了高温绝缘双层液氮循环冷却结构、导体混合式设计、积木式终端结构等创新技术，涵盖了电缆系统的设计、制造工艺和设备制造，拥有一套完整的超导电缆的自主知识产权，获得专利15项，其中发明专利11项，美国专利2项，形成了超导电缆系统安装、试验和运行维护的技术规范与标准，科技成果达到国际先进水平。该科技成果标志着我国在高温超导电缆研制技术方面跃居世界前列，并为更高容量的超导电缆以及其他超导设备的开发奠定了坚实的基础。[第一段]     

高温超导电缆的研发现状和发展趋势

与常规电缆相比,高温超导电缆具有体积小、重量轻、容量大、电流密度高、损耗低、环境友好等优势,为未来电网提供了一种新的电力传输方式。随着高温超导线材取得的重要研究进展,国际上相继开展了高温超导电缆的研发,已有多条超导电缆工程成功地进行了挂网示范运行。本文介绍高温超导电缆的研发进展情况,并简单对高温超导电缆的发展趋势和关键技术做出展望。     

110kV/3kA高温超导电缆输电网络接入运行特性仿真计算与分析

随着城市电力需求的不断增长以及提高电网运行安全和对环境保护的要求,传统输电网络已不能完全满足城市供电的需求,高温超导(HTS)电缆的发展为解决这些矛盾提供了可能,可以应用在那些受制于地形和安全因素而不能建造架空线路的地区,以满足负荷需要。基于高温超导材料的临界特性,利用Matlab搭建了高温超导电缆失超后的暂态模型,基于PSCAD/EMTDC建立了一个110k V/3k A的冷绝缘高温超导电缆的仿真模型,并将超导电缆模型接入一个110k V的三端环网式电力网络,模拟了外部短路故障对超导电缆线路的影响,并对高温超导电缆和普通线路的功率分布进行了比较。结果表明,高温超导电缆具有更大的短路容量,更有利于电网电压稳定和调节。     

高温超导电缆在城市地下输电系统应用的可行性研究

大城市有可能最先采用商业化运行高温超导电缆 ,用于城市地下交流输电系统。其主要应用目标是用于地下电缆工程改造 ,利用现有排管以高温超导电缆取代现有的常导电缆 ,增加地下电缆传输容量以及采用高温超导电缆将巨大电能 (1GVA以上 )输入到城市负荷中心。采用常导电力电缆传输 1GVA以上的电能进入中心城区 ,输电电压一般要求为 5 0 0 k V。在城市中心区不可能建设 5 0 0 k V变电站。 5 0 0 k V电缆线路所需的 5 0 0 k V大长度电缆和相应附件 ,目前尚未研制开发。采用高温超导电缆将有可能降低输电电压等级 ,可以采用 2 2 0 k V高温超导电缆将 1GVA以上的电能输入到城市负荷中心 ,满足特大型城市负荷中心供电需求。采用 110 k V高温超导电缆 ,亦有可能传输 1GVA左右电能。本文通过对交流高温超导电缆系列设计计算对额定电压 35 k V、110 k V、2 2 0 k V的高温超导电缆 ,按不同传输电流 (或传输容量 ) ,以高温超导电缆的传输效率 (损耗与传输容量比 )、高温超导电缆外径限值和超导导体绕制结构限制条件 ,确定高温超导电缆适用性界定条件 ,提出城市地下输电、配电系统用高温超导电缆可行方案。     

应用第2代高温超导体的冷绝缘超导电缆输电导体层间均流技术

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。     

超导变电站调研报告Ⅱ

2.超导电缆高温超导电缆采用了具有很高传输电流密度的高温超导材料作为导体和采用液态氮作为冷却介质,具有损耗低、体积小、无火灾隐患、环保等优点。在交流传输且容量相同的情况下,高温超导电缆的交流阻抗仅为常规电缆阻抗的十分之一,可以减少电网线损50%左右,而在重量和尺寸相同的情况下,高温超导电缆的传输容量比常规电缆高出3-5倍且其损耗下降60%以上;对于直流传