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、損耗低等優(yōu)勢，是長距離輸電的良好選擇，但低溫制冷成本高、維護困難是制約其發(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)境來冷卻超導(dǎo)電纜，將有望解決超導(dǎo)電纜在長距離輸電中的瓶頸問題。文中介紹了近年來國內(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)，分析其存在的問題，并對其發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景進行了展望。論文工作對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

強電強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、高臨界電流密度、高不可逆場等優(yōu)勢，且運行溫度和運行磁場均廣于其他超導(dǎo)材料，這使得REBCO（REBa2Cu3O7-δ，RE為Y、Gd等稀土元素）高溫超導(dǎo)帶材在很多強電強磁應(yīng)用場景下，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^程中遇到的關(guān)鍵問題及進展，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，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）在大電流傳輸和強磁體應(yīng)用的進展?！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，制造能在長距離傳輸中實現(xiàn)高載流、高效率的大電流電纜，對不同構(gòu)型的高溫超導(dǎo)電纜進行研究。文中系統(tǒng)梳理了典型高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)特征，并對其拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計、電磁特性及制造工藝進行系統(tǒng)對比與評述，可為未來商業(yè)化的電網(wǎng)輸電和可控核聚變等研究提供有價值的參考和指導(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。超導(dǎo)電纜運行于低溫環(huán)境，對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，其界面相容性優(yōu)越，能有效分散電場集中，顯著提升絕緣材料的擊穿場強。為HTS電纜絕緣材料的優(yōu)化設(shè)計提供了重要理論依據(jù)和試驗數(shù)據(jù)支持，對推動HTS電纜實用化發(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Bi-2212線材前驅(qū)粉末及線材性能的影響/徐曉燕，郝清濱，焦高峰，劉國慶，金利華，姚凱，張勝楠，李建峰

【摘要】針對高壓預(yù)致密化過程中存在的鉍鍶鈣銅氧Bi-2212（化學(xué)式Bi2Sr2CaCu2Ox）線材前驅(qū)粉末發(fā)生非平衡相變的問題，采用粉末裝管技術(shù)制備了多芯Bi-2212線材，系統(tǒng)研究了高壓預(yù)致密化處理（high-pressure pre-densification，OP-PD）對線材前驅(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、直接進行OP-HT的線材相比，其載流性能提升超20%。
【關(guān)鍵詞】Bi-2212線材；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，已在多項示范工程中得到驗證。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行維護方便等優(yōu)點。但是，在某些應(yīng)用場景，如安裝在移動平臺上時，使用揮發(fā)性低溫液體受到限制或不能及時補充液體損耗，此時傳導(dǎo)冷卻成為可行方案。傳導(dǎo)冷卻依賴于固體傳熱，冷卻效率低于液體浸泡，因此傳導(dǎo)冷卻電纜對熱負荷極為敏感。為保證安全穩(wěn)定運行，傳導(dǎo)冷卻電纜的熱負荷在設(shè)計與研制階段必須加以詳細考察，獲得定量結(jié)果，并與冷卻功率相匹配。高溫超導(dǎo)電纜的熱負荷有3個主要來源：電纜本體發(fā)熱、常導(dǎo)引線的電阻發(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)電纜樣機及配套實驗平臺上開展研究，獲得了典型熱負荷與制冷量數(shù)據(jù)，分析并初步掌握了計算熱負荷所需參數(shù)，積累的運行及改進經(jīng)驗為后續(xù)實用型傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)電纜的開發(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；實驗平臺

10kV/10kA超導(dǎo)直流電纜設(shè)計及其電磁特性分析/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，可以在無電阻、小體積的情況下實現(xiàn)大容量電能輸送，為未來電網(wǎng)建設(shè)提供了一種重要思路。針對大容量電力輸送需求，以10kV/10kA超導(dǎo)直流電纜作為研究對象，詳細介紹了高溫超導(dǎo)直流電纜設(shè)計過程，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)帶材的平行磁場與垂直磁場分布，探究超導(dǎo)帶材的電磁特性，結(jié)合超導(dǎo)帶材各向異性磁場對臨界電流的影響，計算出每層超導(dǎo)帶材中由磁場所導(dǎo)致的臨界電流衰減，評估超導(dǎo)直流電纜的通流能力。最后，研制了一根長度為5m的10kV/10kA正負極同軸構(gòu)型超導(dǎo)直流電纜樣纜，并開展通流測試與絕緣測試。測試結(jié)果表明，樣纜的各項技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求。

【關(guān)鍵詞】高溫超導(dǎo)直流電纜；T-A方程；臨界電流評估

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)體中的電磁特性優(yōu)化問題?；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，在仿真平臺上輸入相關(guān)參數(shù)，通過堆疊模型的磁場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)對電纜載流性能的影響機制。計算對比平行堆疊、交錯堆疊兩種典型排列方式的磁場分布特征，以實際測試數(shù)據(jù)驗證仿真模型，檢驗交錯堆疊排列的優(yōu)勢，隨后采取交錯堆疊通電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，繞制多層超導(dǎo)帶材，以進一步提升高溫超導(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)計及驗證/許紅，胡咸軍，諸嘉慧，丁開忠，張玉健，黃天亮，李俊

【摘要】針對磁偏置超導(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)，進行了低溫制冷自持氮液化系統(tǒng)的流程設(shè)計、漏熱分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并設(shè)計了插拔結(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個月的并網(wǎng)運行，試驗結(jié)果表明：氮液化系統(tǒng)可實現(xiàn)長時間穩(wěn)定運行，運行期間壓力和溫度分別維持在85kPa和75.9K上下，滿足磁偏置超導(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，減少對液氮的依賴，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

三相交流高溫超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)/陶文兵，石國麗，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)的長期運行可靠性是實現(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)計的制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用逆布雷頓制冷機、斯特林制冷機和抽空減壓系統(tǒng)3種冷源協(xié)同運行，支持在線切換與維護；配置兩套獨立泵箱并聯(lián)運行，實現(xiàn)液氮循環(huán)動力冗余；通過補液、補氣及加熱控壓3種機制獨立運行，保障系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。截至2025年7月，該系統(tǒng)在嚴苛工況下持續(xù)運行超1200d。工程實踐表明，多重冗余設(shè)計顯著提升了超導(dǎo)電纜制冷系統(tǒng)的長期運行可靠性，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；過冷液氮；冷箱；泵箱

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

【摘要】隨著社會的不斷發(fā)展，城市的用電負荷增長快速。與之相對的，現(xiàn)有常規(guī)線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，無法滿足城市電網(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，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)及增容過程中相應(yīng)的難點，結(jié)合超導(dǎo)電纜的技術(shù)優(yōu)勢，分析其在城市電網(wǎng)中應(yīng)用的可能場景。同時，針對不同的應(yīng)用場景，對超導(dǎo)電纜與常規(guī)電纜在相同應(yīng)用場景中的整體造價進行對比，為后續(xù)超導(dǎo)電纜在不同場景中的應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】超導(dǎo)電纜；城市電網(wǎng)；高負荷密度

上海35kV公里級高溫超導(dǎo)電纜工程/韓云武，宗明，宗曦華

【摘要】近年來，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)電纜線路并入商業(yè)電網(wǎng)運行。2021年12月22日，全球首條35kV公里級高溫超導(dǎo)電纜工程（以下簡稱徐匯工程）在上海市中心城區(qū)之一的徐匯區(qū)正式投運，為該區(qū)約4.9萬戶居民供電，年供電超1.8×108kW·h。徐匯工程從多個角度展示并驗證了超導(dǎo)電纜在大型城市輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的優(yōu)勢，文中主要介紹該工程的設(shè)計、建設(shè)及運行情況。

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

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、傳輸容量有限等問題難以滿足需求，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。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，采用正負極同軸結(jié)構(gòu)，額定電流可達4500A，能夠?qū)崿F(xiàn)3.4MW功率傳輸。與傳統(tǒng)線路方案對比，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、遠期擴容能力及線路壓降（降低99.9%）等方面優(yōu)勢顯著。示范工程的并網(wǎng)運行，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用化提供了工程經(jīng)驗與數(shù)據(jù)支撐，對推動新型電力系統(tǒng)建設(shè)及雙碳目標(biāo)實現(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)

來源 | 上纜所傳媒

編輯 | 房久仙

審核 | 何曉芳

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