环保节能型绝缘技术及绝缘材料的发展

第十届绝缘材料与绝缘技术学术交流会论文集环保节能型绝缘技术及绝缘材料的发展詹超１引言采用超导电力技术，不仅可以大大提高单机容量和电网的输送容量，并能大大降低电网损耗，可以明显改善电能的质量、提高系统运行的稳定性和可靠性、降低电压等级、降低电网造价和占地面积，使超大规模电网的建设变成现实。据统计资料显示美国每年在输电线路上的损失高达４００亿美元。如果使用高温超导线材，同样的直径和普通铜线相比，导电能提高约１００倍。因为其损耗小，制成器件的体积小、重量轻、效率高，若用它制造变压器、电缆、电机将会对电力工业带来划时代的革命。根据预测，到２０１０年我国的装机容量将达到５５０ＧＷ。而目前国内燃煤发电约占总发电量的７５％，水电约占２３％，核电、风电和太阳能发电约占２％。其中水电集中在西部和南部地区，燃煤我国正处于工业化的中期阶段，还需要经历一个资源消耗阶段，投资率高，原材料工业增长速度快，特别是粗放型经济增长方式没有根本改变，资源浪费大，单位产值的污染物排放量高。因而必须注重两端，一方面从资源开采、生产消耗出发，提高资源利用效率；另一方面在减少资源消耗的同时，相应地削减废物的产生量。因此，中国发展循环经济是产业生态化与污染治理产业化、动脉产业与静脉产业协调发展的有机统一。循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。作为我国绝缘材料与绝缘技术产业的发展在以下方面应该以予重视，尽快赶上世界发达国家的水平。发电集中在煤炭丰富的地区。电能的消耗主要是电动机，它约占总发电量的６０％～７０％，而负荷中心大多数在中东部及沿海地区。然而常规电力设备和系统存在一些自身缺２提高电力系统的输电能力和系统的稳定性是世界范围内电力系统迫切需要解决的问题国内外均存在巨大的市场需求。常规电力设备和系统存在一些自身的缺陷，严重阻碍了电力系统的发展，从材料角度来说效率受到铜、铝等基本导电材料的限制，要进一步提高难度很大。陷，严重阻碍了电力系统的发展。①随着电网容量的增加和规模的不断扩大，电力系统的短路容量越来越大，不加限制的短路电流对电气设备和正常工业生产带来很大危害。目前对付短路故障的办法是用最先进的六氟化硫（ＳＦ６）断路器直接断开故障线路，最高开断容量为６３ｋＡ，要进一步提高其开断容量非常困难。②常规电力技术缺乏快作者简介：唐超（１９６５一），男，四川人。高级工程师，博士，主要从事绝缘技术与绝缘材料的研究，（电子信箱）ｓｅｄｃｔｃｈａｏ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｔｏｎｉ。速功率调节技术。这就使得电力系统的功率只能维持基本的相对平衡。因此，一旦电力系统发生较大的短路故障，可能导致严重的功率平衡，从第十属绝缘材料与绝缘技术学术交渡会论文集而引起系统崩溃对电力系统产生破坏性的危害。＠常规电力系统的效率受到铜、铝等基本导电材料的限制．要进一步提高难度很大。我国电同的功率损耗约占总发电量的８５％。④常规电气设备占地面积大，而人口密度太的城市是负荷中心。人口集中的东中部地区电阿占地需求越来越大，要解挑这一矛盾．电力系统必须发生根本性变化。＠可再生能源（太阳能、风能）发电的能量密度低．择易受到气候的彤响，要使这种能源得到充分有效的利用．必须采用新的技术改善其品质．使其的高温超导限流器能更为有嵇地与大电网连接。要解决以上问题．必须大力发展高温超导电力技术。２１故障电流限制器的开发目前我国最大的电力系统容量已超过１００００ＭＷ，蛀高输电电压为５５０ｋＶ．最大发电设备容量超过６００ＭＷ．发电量和装机容量均已位居世界第二。系统一旦发生故障，故障电流将迅速增加．一般可达到额定电流的１｛２４）倍。巨大的电流将产生很高的机械和热成力，系统中所有电气设备必须承受电流所造成的影响，保证在２０～３００ｍｓ内无任何损坏．以后电阿中的断略器会切断电流．保护整个系统。由于断路电流的增加，系统中设备的技术指标均要增加．大丈提高了系统的建设成本，特别是断路器的费用增加最多，崮此必须采取有效

措施限制联台电力系统中的断２髫２中科院电Ｉ所研制的高蹦导琨藏器２超导储能装置为了更有效地利用能源，必须设置能岳的储存系统。现有电力系统中的电力储存技术主要是抽水赭能。抽水储能电厂一般都建在远离负荷地点的山问，必嵩长距离的送变电设备。在储能效率仅６５％～７０％较为低下的基础上，长距离输送路电流水平．保证电阿的安全和经济运行。超导限流器在系统正常运行时无电阻（超导体处于超导状态），系统短路时，迅速产生高电阻（超导体处于失超状态）．将故障电流限制到较低水平。当线路故障捧１５采后，超导限流器可自动恢复又要损耗不少电能．与分散型电力储存系统相比是极为不利的。超导态为再次限制短路电流做好准备。超导故障限流嚣集检溟Ｉ、触发和限流于一身，是电力系统最理想的限流装置。图１为德国Ｓｉｅｍｅｎｓ公司制造超导储能（ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＭａｇｎｅｔｉｃＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅ简称ＳＭＥＳ）是利用超导线刚通过壮流逆变嚣将电网ｉ＝￡剩的能量以电磁能形式储存起的屯阻型故障限漉器，图２为中科院电工所研制来．庄需要时再通过整流逆变器将能罱馈送给电第十届绝缘材料与绝缘技术学术交流会论文羹同或作其他用选。由于超导线圈在超导状态下无焦耳热损耗逗行，同时其电流密度比一般常规线圈高Ｉ～２个数量级。因此它不仅能长时问无损耗地储存能最，而且能达到很高的储能密度。它的储娩教宰高．响应逮度快也是其它类型储能装置无法比拟的。嘶着高温超导材料研究逐步走向实用化．高温超导储能（简称ＨＴ￥．ＳＭＥＳ）也成为一个研究方向．井有相应的微型样机问世。圈３为德国ＩＴＰ研制的２００ｋＪ／１６０ｋＷ超导储能系统．图４２３超导变压嚣在传统的变压器中．绕组中的铜损占变压器满负荷运行时总损耗的绝大部分．采用高温超导绕组可以太大降低这部分损耗．同时，随着城镇用电负荷日趋增大，必须使用体积更为庞大的大容量变压器来满足用户的蔼求。许多现有变电站都面临重建的问题，由于在相同容量下超导变压器的体积比常规变压器小４０舯６０％，超导变压器可直接安装在现有的变电站内．从而节省丈笔建设经费。中国科学院电工研究所日前成功研制出我国酋台三相高温超导变压器样机，并顾利通过检测。在传统的变压器中，绕组中的铜损占变压器满负荷运行时总损耗的绝大部分．而采用高温超导绕组即可大大降低这部分损耗．大大提高变压器运行的经济性。同时，由于在相同容量下超导变压为华中科技大学和西北有色金属研究院合作研制的３５ｋＪ／７ｋｗ超导储能系统。器的体积比常规变压器小４０％～６０％．因此．超导变压器可直接安装在现有变电站内，从而节省重建经费。正因为超导变压器具有效率高、体积小、无环境污染隐患等优点，它被公认为最有可能取代常规变压器的高新技术。日前．由株洲电力机车有限公司承担的国家“十五”婿间８６３计划超导材料与技术专项课题?３００ｋＶＡ电动车组高温超导变压嚣课题．顺利通过国家科技部专家验收。专家认定．电动车组高温超导变压器的研发在国内处于领先水平。这种电动车组高温超导变压器与目前投入运行的机车牵引变压器相比，具有不污染环境、无毒、无味、无燃垮危险．而且极具节能效果．图５为Ｗａｕｋｔｓｈａ圈４华中科技大学和西北有色叠■研究院古作酐嗣公司１０ＭＶ?Ａ超导变压器，圈６为中科院电工所２６ｋＶ?Ａ超导ｊ￡压器。的３蜘ｍｗ超导储赶髯竞第十届绝缘材料与绝缘技术学术交流会论文羹输电方式，用低电压大电流传输屯娩。因此高温超导电缆可大大降低电力系统的损耗，提高电力系统的总效率．具有可观的经济效益。图７为日本Ｓｕｐ盯Ａｃｅ超导电缆．留８为北京英纳超导公司云电电缆．圈６中科院电Ｉ所２６ｋｖ?Ａ超导变压■ ２４ＨＴＳ传输电蟪ＦＩＴＳ电缆的传输损耗仅为传输功率的０．５％，比常规电缆５８％的搅耗要低得多，在重量尺寸相同的情况下．与常规电力电缆ｊ｛ｉ比．ＨＴＳ屯缆的田８北京荚蝻超导盛司ｉ电电曩我国１０ｋＶ及以上ＸＬｐＥ电力屯缆的年需求量容量可提高３．５倍．损耗下降６０％，可明显地节约为１０万公里．如果其总量的５％被高温超导电约占地面积和空同，节省宝贵的ｊ．地资源，用ＨＴＳ缆所取代．则高温超导电缆在我心每ｆｆ：需求总置将会选到５（Ｘ｝