高温超导电缆应用场景与产业发展

高温超导电缆具有容量大、损耗低、自限流、环境友好等突出优点,是解决城市电网升级难题、实现高效率电力传输、赋能大容量电力应用的新兴解决方案,探讨相关产业发展兼具基础研究与工程应用价值。本文剖析了高温超导电缆的技术特点与应用要素,凝练了超级开关站、大电流专线、数据中心供电、基于新能源的电解铝与电解水制氢、集中型充电站、城市轨道交通、大容量直流电网等高温超导电缆的应用场景;从国际、国内两方面总结了高温超导电缆的研制及应用进展,尤其是全面梳理了我国的关键产品研制、关键技术研究、工程项目实施情况。进一步探讨了加强运维技术、攻克大型制冷机技术、降低工程整体造价、与传统电网设施的耦合、形成收益共享机制等高温超导电缆产业未来发展挑战,并针对性地提出了发展建议。相关内容可为高温超导电缆产业高质量发展研究提供参考。

基于时频域反射法的高温超导电缆故障定位研究

针对我国超导电缆公里级示范工程的运维需求,采用基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法,测量不同温度和不同类型模拟缺陷下超导电缆的时频信号变化,分析不同温度下时频分析在超导电缆故障定位中应用的有效性,并通过改变入射波的中心频率和带宽,研究入射波形形态对故障定位的影响。模型样缆采用国产35kV冷绝缘三相统包高温超导电缆,缺陷模拟相设置了绝缘缺失、对地绝缘电阻逐渐减小、短路3种类型的故障,检测温度设置为室温、液氮和回温3种环境。结果表明:室温环境下,基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法对上述3种故障反射的反应灵敏度依次增加,定位误差小于3%,入射波的中心频率或带宽越高,引起的衰减越大,定位需要的时间补偿就越多;液氮环境下,针对绝缘缺失和短路的叠加故障,当温度下降至77K附近时,故障处归一化时频互相关峰值随温度的小幅度下降而逐渐减小,且波速明显升高;温度回升过程中,该方法的定位准确度不受温度变化和电缆状态的影响,误差仍小于3%。回温过程中随着温度的变化,超导电缆故障处和末端归一化时频互相关峰值大小发生明显的同步变化,该现象可评估现场超导电缆系统中液氮泄漏导致的温度上升问题。

三相同芯超导电缆系统电气性能研究

高温超导电缆因其体积小、载流量大、损耗低等优点,在多个领域展现出广阔的应用前景,尤其在电力领域,被誉为21世纪电力行业的一场革命,是21世纪最具潜力的电工技术。针对三相同芯超导电缆系统的电气性能进行深入研究,其中超导电缆长度为30 m,采用第二代国产超导材料及成缆技术。为验证超导电缆、中间接头和超导终端的设计符合性,对30 m超导电缆系统样机进行型式试验,试验结果表明,系统样机通过了电压负荷循环、局部放电、雷电冲击及工频电压等电气性能试验,证明超导电缆、中间接头和终端的设计满足工程应用的需求。

三芯高温超导电缆室温及液氮温度机械性能研究

为研究三芯高温超导电缆在室温及运行温度(通常为液氮温度77K)下的机械性能,对一根长度约为10m的三芯超导电缆试样进行室温及液氮温度(77K)下的机械拉伸试验,以及降温收缩试验。通过试验,得到了相应温度下的拉伸模量和降温收缩时电缆的收缩率,并将试验结果与铜衬芯及单芯超导电缆试样的相应试验结果进行比较。结果表明,三芯超导电缆在室温及77 K下的拉伸模量,以及从室温降至77 K时的收缩率,均小于铜衬芯及单芯电缆在相应温度下的拉伸模量及相同降温区间的收缩率。相应试验结果可为后续高温超导电缆示范工程的超导电缆设计及敷设工作提供参考。

上海公里级超导电缆的设计研究

高温超导技术作为一种高效率的、安全的新型电力技术,因载流量大、体积小、损耗低等优点而受到了广泛关注。本文基于上海公里级超导电缆示范工程的参数规格,通过理论计算及实验分析,对工程用超导电缆的导体层、绝缘层、屏蔽层、绝热管等结构的设计进行深入研究,得到了三相统包结构高温超导电缆的设计方案,完成了样缆的试制。对样缆进行相关试验,结果表明,样缆的所有指标满足设计要求,即三相统包高温超导电缆的结构设计满足上海公里级超导电缆工程应用的需求。

上海公里级高温超导电缆输电工程碳排放分析

介绍了上海超导电缆工程的设计和运行情况,将上海公里级高温超导电缆工程与传统电缆工程进行比较,从产品生产过程和工程运行两个方面分析碳排放情况,展示了公里级高温超导电缆工程在碳排放方面的优势,并结合工程运行数据,分析了超导电缆工程进一步降碳的方法,为后续超导电缆工程的规划和建设提供参考。

螺旋波纹管流动特性试验研究

螺旋波纹管尺寸参数与流体在其内部的压损之间的关系尚未明确,针对超导电缆用的Φ40 mm以上的大尺寸波纹管也缺乏相应的试验数据。本文搭建了大尺寸波纹管流动特性试验平台,并参照已有的超导电缆结构,对标称外径分别为Φ90 mm和Φ60 mm、尺寸规格不同的四个空芯螺旋波纹管样品进行水介质的流动特性试验研究,从试验上得到了不同流量下的压损数据。结果表明,波纹管内压损随流速的增大呈接近于平方的关系增大。在流速相同情况下,外径规格相同的样品,波深越深,压损值越大;波深相同的样品,外径越小压损越大。利用上述试验数据,推导出每个样品摩擦系数f与雷诺数Re的关系式。关系式计算值与实验值最大偏差值为16.77%,可在一定误差范围内对摩擦系数f进行估算。

液氮温区脉管制冷机的发展研究

脉管制冷机因结构简单、运动部件较少,具有重量轻、振动小、稳定性高、寿命长等优点,使其有望成为高温超导领域优势显著的低温制冷机类型。简要介绍了脉管制冷机的发展历程及其在液氮温区的国内外研究现状,重点阐述了不同类型脉管制冷机在用户侧使用的优缺点。讨论了脉管制冷机应用在高温超导领域需要解决的关键问题及未来的发展方向。