低温绝缘高温超导电力电缆

结果 通过 通过 通过 通过
力测试前后无明显变化。 3． 3 临界电流测试实验（ 77 K）
在 77 K 温度条件下，采用四引线法对研制的超 导电缆临界电流进行了测试，测得样品电缆的临界 电流为 3350 A，测量结果如图 2。
图 2 超导电缆临界电流测试
3． 4 超导电缆系统损耗测试实验（ 77 K） 采用卡路里测定方法，开发了一套专门用于测
WEI Dong，ZONG Xi-hua，XU Cao，YING Qi-liang
（ Shanghai Electric Cable Ｒesearch Institute，Shanghai 200093，China） Abstract： In December 9th，2013，China’s first Cold Dielectric High Temperature Superconductive （ CD HTSC） cable system was put into practical power lines and laid in Baoshan iron ＆ steel Co．，Ltd（ Baosteel） ，supplying power for the second EAF． The rated capacity of the system is 120 MVA （ rated voltage 35 kV，rated current 2000 A） 。The system is a three-phase system and the cable’s length is 50 m for each phase． The superconducting tape in the cable
上海电缆研究所（ 以下简称上缆所） 早在 20 世 纪 70 年代就开展过低温超导电缆的研究，2003 年 开始进行高温超导电缆的研究工作。2010 年，上缆
所成功研制了首套低温绝缘高温超导电缆系统用于 实验研究，该实验系统通过了 35 kV 电缆型式试验。 从 2010 年开始，上缆所与其他单位合作，对超导电 缆系统进 行 了 设 计 优 化，成 功 开 发 了 额 定 容 量 为 120 MVA（ 额定电压 35 kV，额定电流 2000 A） 、长度 为 50 m 的低温绝缘（ 简称 CD 绝缘） 高温超导电缆 系统，并于 2013 年 12 月在宝山钢铁股份有限公司 投入实际供电线路，为二炼钢电炉进行供电，成为国 内首条示范运行的 CD 绝缘高温超导电缆系统。截 至目前，该系统运行状态良好。
丹麦、云电① 、 电工所②
美、日
LCC 试验并长期 挂网运行研究 —
美、日、德
①云电为北京云电英纳超导电缆有限公司。
②电工所为中国科学院电工研究所。
表 2 应用第二代超导带材作为导体的电力电缆
WD 绝缘 CD 绝缘
高温超导电力电缆（ 应用第二代超导带材，
含第一代带材加压工艺） （ 2006 年—至今）
中图分类号： TM249． 7
文献标识码： A
文章编号： 1672-6901（ 2015） 01-0001-04
Demonstration Project of 35 kV 2000 A Cold Dielectric High Temperature
Superconductive Power Cable System
收稿日期： 2014-08-25 作者简介： 魏 东（ 1960 － ） ，男，教授级高工，所长． 作者地址： 上海市军工路 1000 号［200093］．
WD） 、CD 结构等］、超导电缆传输特性研究、超导电 缆电气性能研究等。在国内，北京、上海的大学和科 研院所也进行了相关研究。
2015 年第 1 期 No． 1 超导带材及 CD 绝 缘超导电缆系统的研究和开发，于 2011 年初，成功 研制出 35 kV /2000 A、30 m CD 绝缘高温超导电缆 系统（ 含电缆、终端和低温系统） ，并顺利通过了系 统型式试验，这也是国内首根自主研发成功的 CD 绝缘高温超导电缆系统。2013 年，以上缆所牵头的 项目团队，建成国内首套 CD 绝缘高温超导电缆系 统，通过了竣工实验，并上线运行，标志着我国在实 用 CD 绝缘高温超导电缆技术中获得重大突破，成 为国际上少数成功建设低温绝缘高温超导电力电缆 示范工程的国家。上缆所的研发成果在性能指标上 已经达到世界先进水平，其部分关键电气性能指标 达到世界领先水平。
0引言
在中国，经济的飞速增长需要可靠、持久的电力 基础设施。特别是在人口密集的经济、贸易和政治 中心的城市地区，对电力负荷容量的要求越来越大， 任何重大的电力中断事故，都会对其经济和安全产 生严重的影响。通常来讲，中心城区地下空间拥挤， 电网改造费用极高，超导电缆为此提供了绝佳的解 决方案。与传统电力电缆相比，超导电缆体积小、容 量大、损耗低、安全稳定性强，故障状态下可兼具限 流器作用，同时超导电缆具有良好的电磁屏蔽功能， 不会干扰其它的地下设施［1，2］。与常规大截面铜芯 电缆相比，高温超导电缆重量轻，综合土建安装成本 较低，而土建安装成本一直都在电缆项目成本中占 很大的一部分［3］。
参考标准 GB / T 12706 和 IEC 60840，开展了以 下主要电性能试验（ 见表 3） ，其他研究试验内容另 见专题文章。 3. 2 系统耐压力试验
对该试验系统进行了压力测试试验，系统耐压 性能符合设计要求。超导电缆系统的各项参数在压
2015 年第 1 期 No． 1 2015
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2015 年 2 月 Feb．，2015
第二阶段： CD 绝缘高温超导电缆的研究阶段
1999 年底，美国 Southwire 开发研制的 30 m、三
相、12． 5 kV /1． 25 kA 冷绝缘高温超导电缆并网运
行，向高温超导技术实用化迈出了坚实的一步。其
课题研究
挂网运行
LCC 试验及长期 挂网运行研究
—
—
—
美、日、韩、德、 法、中国上缆所
美、日、韩、德
美、日、中国上缆所
2003 年，上缆 所 再 次 启 动 超 导 电 缆 的 研 究 工 作，经过几年的基础研究及准备工作后，2005 年 8 月，由上缆所牵头，组织大学、电缆厂等单位的行业 专家，进行以“高 温 超 导 电 缆 工 程 技 术 应 用 与 产 业 化研 究 ”为 最 终 目 标 的 超 导 电 缆 的 前 期 项 目 攻
量超导电缆交流损耗和热损耗的测试设备 （ 见图 3） ，设备通过量气法测量超导电缆及终端的交流损 耗和热损耗。经过测试，超导电缆绝热管的热损耗 约为 2 W / m，2000 A 负载下超导电缆的交流损耗约 为 1． 2 W / m，每套超导终端的热损耗为 200 W。
图 4 CD 绝缘高温超导电缆系统示范工程现场图片
2015 年 2 月 Feb．，2015
表 3 主要电性能试验及结果
试验项目 工频耐压 工频耐压 雷电冲击电压试验 工频耐压
试验条件［7，8］ 84 kV /15 min（ 4 U0 ，15 min） 95 kV /5 min（ 4． 5 U0 ，5 min）
± 200 kV，各 10 次 42 kV，20 天
温超导电缆示范工程的国家。
上述三个阶段所采用的导体材料经历了从第一
代超导带材向第二代超导带材的转变（ 见表 1、表 2） 。
表 1 应用第一代超导带材作为导体的电力电缆
高温超导电力电缆（ 第一代超导带材） （ 1999 年—2012 年）
WD 绝缘 CD 绝缘
课题研究
挂网运行
丹麦、中国
美、日、韩、 德、法、中国
后，日本、韩国、德国等也都纷纷投入到 CD 绝缘高
温超导电缆的研究中。上缆所于 2003 年开始进行
CD 绝缘高温超导电缆的研究。
第三阶段： CD 绝缘高温超导电缆示范性工程研
究阶段
进入到 21 世纪，各国开始超导电缆示范性工程
项目研究。目前，世界上成功挂网示范运行的 CD
绝缘高温超导电缆项目且影响较大的有：
作，在纽约长岛电力局成功完成高温超导电缆示范
项目，长度为 600 m，138 kV，电流可达到 3 kA。
此外，2013 年，上 缆 所 牵 头 建 成 的 国 内 首 套
35 kV、CD 绝缘高温超导电缆系统在上海挂网运行，
标志着我国在实用 CD 绝缘高温超导电缆技术中获
得重大突破，成为国际上少数成功建设 CD 绝缘高
1 高温超导电力电缆研发经历的三个阶段
国际上，高温超导电力电缆研发大体经历了三 个阶段［4］。
第一阶段： 高温超导电缆的初步探索研究阶段 20 世纪 80 年代后期，随着 BSCCO 高温超导带 材技术的发展，开始出现对高温超导电缆的研究，包 括超 导 电 缆 结 构 的 研 究［室 温 绝 缘 结 构 （ 简 称
二炼钢电炉进行供电。该超导电缆系统额定容量为 120 MVA（ 额定电压 35 kV，额定电流 2000 A） ，长度50 m，
三相超导材料均采用 AMSC 提供的二代高温超导带材，超导电缆系统采用高端智能控制与通讯技术，实现了
无人电站的远程化控制。
关键词： 低温绝缘高温超导电缆； 大容量； 线路运行示范工程； 生命周期成本研究
出口温差 ＜ 2K。制冷机等关键部位执行元件的选 型满足长寿命要求。充分利用工业自动化控制器的 稳定性，以计算机、数据库、互联网技术为纽带，搭建 了可靠性高的服务器双机容错系统和监控软件，实 现了现场设备和后端监控中心的连接以及监控机制 的软件化管理，为评估和研究超导电缆运行状态提 供基础参数。在日常运行中，超导电缆系统短时负 荷的有效值约为 1800A，最大电流超过 2000A； 大量 的脉冲负载对超导电缆系统的可靠性提出了更高的 要求。上海超导电缆示范工程运行的负载情况如图 5 所示。在图 5 中，也展示了国际上著名的美国奥 尔巴尼工程运行期间的一段负荷情况。从图 5 中可 以看出，上海超导电缆示范工程运行的负荷远大于 奥尔巴尼工程项目负荷。