核心詞：MYPTJ 高壓 金屬 編織 電纜 MYPTJ 電纜 
　　高溫超導帶材制備技術(shù)的進步,推動了世界范圍內(nèi)超導輸電技術(shù)研究開發(fā)熱潮。自20世紀90年代以來,美國、歐洲、日本、中國和韓國等國家和地區(qū)都相繼開展了高溫超導電纜的研究,進行了多組關(guān)于高溫超導電纜的研制及示范運行等工作。2000年以來,關(guān)于高溫超導電纜研究的重點主要集中在交流輸電電纜上,電纜的主體絕緣也主要為冷絕緣的形式。目前,高溫超導電纜已基本完成實驗室驗證階段,逐步開始進入了實際應(yīng)用。對于傳統(tǒng)大型、高人口密度的都市區(qū)域,如金融、商業(yè)和政府中心等區(qū)域,其地下輸電密度極高。這些區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施均是關(guān)系國家經(jīng)濟社會運行的關(guān)鍵設(shè)施,電網(wǎng)中斷會對該區(qū)域和全國的經(jīng)濟和安全造成很大的沖擊。超導電纜技術(shù)對這些問題提供了完美的解決方案,這是世界主要發(fā)達國家熱衷于超導電纜研究的主要原因。同時,近年來超導材料技術(shù)、制冷技術(shù)等配套技術(shù)的不斷進步,對超導電纜的示范應(yīng)用研究起到了進一步的促進作用,世界主要發(fā)達國家均投入了大量資金,積極開展超導電纜掛網(wǎng)示范研究,并取得了相當大的成果。我國早在20世紀70年代,上海電纜研究所等單位就開展了低溫超導電纜研究,后因電纜技術(shù)成本太高導致項目擱淺。高溫超導材料技術(shù)的發(fā)展,大大降低了超導電纜的相關(guān)成本,超導電纜的研究再次得到了人們的高度關(guān)注。
　　1、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:中國科學院電氣工程研究所（以下簡稱中國科學院電氣工程研究所）
　　中國科學院電工研究所(以下簡稱"中科院電工所")、北京云電英納超導電纜公司(以下簡稱"云電英納")、北京有色金屬研究總院合作、上海電纜研究所等單位先后加入研究,取得了顯著的技術(shù)成果,為我國高溫超導電纜設(shè)計、制造和運行積累了經(jīng)驗。和傳統(tǒng)電力電纜相比較,超導電纜具有損耗低、傳輸容量大、電纜體積小、系統(tǒng)安全穩(wěn)定性強等優(yōu)點,冷絕緣高溫超導電纜間相互電磁影響和熱場影響較低,具有穩(wěn)定的載流能力,在人口密集的大城市地下電纜系統(tǒng)或特定大容量輸電應(yīng)用中具有很大的發(fā)展前景。大城市的地下管網(wǎng)繁多,地下各類管(隧)道錯綜復雜,電纜敷設(shè)的空間非常有限,采用傳統(tǒng)電纜安裝敷設(shè)的難度也越來越大,且安裝維護成本都將大幅提升。利用現(xiàn)有排管或電纜隧道,以高溫超導電纜取代現(xiàn)有的常規(guī)電纜,可以成倍提升地下電網(wǎng)輸電容量,很好地解決負荷的增長和地下空間有限之間的矛盾。損耗方面,傳統(tǒng)電纜輸電損耗主要為導體損耗、介質(zhì)損耗和屏蔽損耗。其中,對于一般陸地電纜,導體損耗約占傳輸損耗的95%。超導電纜的損耗主要包括:電纜導體交流損耗、電纜終端焦耳損耗、以及超導電纜絕熱管、電纜終端、制冷系統(tǒng)的漏熱損耗、液氮克服循環(huán)阻力的損耗等。在綜合考慮制冷系統(tǒng)效率的情況下,高溫超導電纜在傳輸相同容量的電能時,其運行損耗約為常規(guī)電纜的50%～60%。

隨著各大電網(wǎng)互聯(lián)以及電力需求的增加,發(fā)生短路故障后系統(tǒng)的短路電流等級必將進一步上升,如何很好地解決故障電流問題越來越受到電力部門的關(guān)注。超導電纜輸電導體為超導材料,正常工作狀態(tài)下超導電纜的輸電密度較大且阻抗極低;在發(fā)生電網(wǎng)短路故障、傳輸電流大于超導材料臨界電流的情況下,超導材料失去超導能力,超導電纜的阻抗將遠大于常規(guī)銅導體;當故障排除后,超導電纜又將恢復其正常工作狀態(tài)下的超導能力。若采用一定結(jié)構(gòu)和工藝的高溫超導電纜替代傳統(tǒng)電纜,可以有效的降低電網(wǎng)故障電流等級,超導電纜限制故障電流的能力與電纜長度成正比。因此大規(guī)模利用超導電纜組成的超導輸電網(wǎng)絡(luò)不僅可以提高電網(wǎng)的輸電容量,降低電網(wǎng)的傳輸損耗,還可以提高其內(nèi)在的故障電流限流能力,提高整個電網(wǎng)的安全可靠水平。在國際上,對于高溫超導電纜的研究發(fā)展進程,到目前為止可以大體分為以下3個階段。第1個階段為高溫超導電纜技術(shù)的初步探索。隨著鉍系高溫超導帶材技術(shù)的發(fā)展,關(guān)于高溫超導電纜的研究得到了廣泛的關(guān)注,研究的主要內(nèi)容有:對超導電纜結(jié)構(gòu)的研究,包括室溫絕緣高溫超導電纜、低溫絕緣高溫超導電纜、三相同軸結(jié)構(gòu)、三芯合一結(jié)構(gòu)等;開展超導電纜電氣性能、傳輸特性等方面研究的工作。第2個階段為對未來可以真正實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的CD絕緣高溫超導電纜的研究開發(fā)。1999年底,美國Southwire開發(fā)研制的30m、三相、12.5kV/1.25kA冷絕緣高溫超導電纜并網(wǎng)運行,向高溫超導技術(shù)實用化邁出了堅實的一步。
　　2、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:第三階段是CD絕緣高溫超導電纜示范工程研究
　　第3個階段為CD絕緣高溫超導電纜示范性工程項目研究。近10年來,美國、日本、韓國、中國、德國等國家相繼開展了多個關(guān)于CD絕緣高溫超導電纜示范性工程項目。傳統(tǒng)電纜在運行時,由于傳輸損耗產(chǎn)生的熱量直接散發(fā)到周邊環(huán)境,其載流能力對外部熱源非常敏感。一般環(huán)境溫度上升10℃,其載流能力將下降8%～10%。
　　3、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:載流量急劇下降
　　因此密集敷設(shè)將導致電纜相互加熱,載流能力急劇下降。據(jù)測算采用2×4排管、3×3排管和4×4排管密集敷設(shè)的傳統(tǒng)電纜,其載流能力將分別下降約20%、30%和40%。同時,由于傳統(tǒng)電纜采用可燃的有機材料作為主絕緣,若發(fā)生故障,極易引發(fā)火災(zāi)。CD絕緣高溫超導電纜的最外層為復合真空絕熱層,具有良好的絕熱性能,電纜產(chǎn)生的熱量通過循環(huán)液氮帶走,因此超導電纜熱場相對獨立,電纜具有穩(wěn)定的載流能力。
　　4、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:因此不會對環(huán)境造成電磁污染
　　同時由于CD絕緣超導電纜良好的電磁屏蔽功能,理論上可完全屏蔽電纜導體產(chǎn)生的電磁場,從而不會對環(huán)境造成電磁污染。由于這些優(yōu)點,超導電纜可以采用地下排管等較為密集的方式進行敷設(shè),不僅不會影響周邊電力設(shè)備的運行,而且由于其采用了不可燃的液氮作為冷媒,也杜絕了火災(zāi)的危險。3種結(jié)構(gòu)的CD絕緣超導電纜各有特點,目前都有相應(yīng)的示范線路。
　　5、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:美國2030年電網(wǎng)規(guī)劃將超導電力應(yīng)用技術(shù)置于十分重要的地位
　　對于超導電力應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展及意義,"美國電網(wǎng)2030"計劃將超導電力應(yīng)用技術(shù)放在一個十分重要的位置上。日本的新能源開發(fā)機構(gòu)也認為發(fā)展高溫超導電力技術(shù)是在21世紀的高技術(shù)競爭中保持尖端優(yōu)勢的關(guān)鍵所在?！吨袊圃?025》關(guān)于"電力裝備"領(lǐng)域方面,明確指出"突破大功率電力電子器件、高溫超導材料等關(guān)鍵元器件和材料的制造及應(yīng)用技術(shù),形成產(chǎn)業(yè)化能力。在中國《能源技術(shù)創(chuàng)新計劃》中將面向超導電力裝備的應(yīng)用型超導材料研究作為戰(zhàn)略方向,開展高溫超導在超導電纜、變壓器、限流器、超導電機等領(lǐng)域的示范和應(yīng)用。近年來,超導電纜研究繼續(xù)朝著實用化的方向發(fā)展,在前期眾多功能驗證示范工程的基礎(chǔ)上,全球范圍內(nèi)先后涌現(xiàn)多個關(guān)于CD絕緣高溫超導電纜示范項目。
　　6、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:在美國
　　在美國,2011年,AMSC等公司成功完成了美國能源部資助的美國長島電力局二期項目,該項目在2008年完成的LIPA一期項目的基礎(chǔ)上,礦用電纜用一根二代帶材制作的高溫超導電纜更換原有一代帶材制作的超導電纜,并深入地研究了超導故障維護技術(shù)、電纜接頭技術(shù)、熱收縮應(yīng)對技術(shù)、限流技術(shù)和高效制冷系統(tǒng)技術(shù)等專門針對工程化商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。美國紐約正在建設(shè)13.8kV/96MVA的Hydra超導電纜示范項目,由美國國土安全部、美國超導公司和ConsolidatedEdison共同出資開發(fā)。該電纜采用AMSC公司的2代高溫超導帶材制作,安裝于地下電網(wǎng),集成了限制故障電流功能,提升了電網(wǎng)的輸電容量,加強了電網(wǎng)安全性能和可靠性能。
　　7、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:但后來由于資金等原因推遲
　　項目原計劃2010年完成,后因經(jīng)費等方面的原因項目推遲。在歐洲,2013年德國Essen市完成了Ampactiy三相同軸超導電纜項目,該項目在Essen市區(qū)安裝了一根10kV/2.4kA的三相同軸超導電纜,用于替換原有的110kV電纜。該超導電纜線路集成了電阻型超導故障電流限制器,線路于2014年4月開始正式供電。俄羅斯方面,聯(lián)邦電網(wǎng)公司聯(lián)合格日查諾夫斯基能源研究所全俄電纜工業(yè)研究所、莫斯科航空研究所等單位進行了高溫超導交流電纜和直流電纜的研究,計劃在莫斯科的迪納莫變電站安裝一根200m長、20kV/1.5kA的交流超導電纜。另據(jù)國際大電網(wǎng)2015年報告,俄羅斯計劃在圣彼得堡安裝一根20kV/2.5km的直流超導電纜系統(tǒng)。丹麥Alliander能源公司、Ultera和代爾夫特理工大學計劃在Alliander的電網(wǎng)上安裝一根6km的三相同軸高溫超電纜,以此展示超導電纜在實際電網(wǎng)中的優(yōu)異性能。在韓國,韓國電力公司對高溫超導電纜在電網(wǎng)中的應(yīng)用有著濃厚的興趣,先后開展了多個超導電纜研究和示范項目,自2005年就開始了22.9kV超導電纜的測試研究。2008年在知識經(jīng)濟部的資助下,啟動了22.9kV超導電纜示范工程項目,于2010年底完成了一條410m、50MVA的超導電纜示范線路。線路由一根267m和一根150m的三芯超導電纜連接而成,其中在制作接頭時切除了7m,因此總長410m。該線路安裝在利川變電站,2011年8月19號實現(xiàn)通電,韓國期望通過該線路對超導電纜的性價比進行評估。2011年韓國又啟動電纜濟州島超導電纜示范工程項目,進行80kV直流超導電纜和154kV交流超導電纜的示范應(yīng)用,項目的電纜由LS電纜公司開發(fā),韓國電力技術(shù)研究所負責超導電纜的系統(tǒng)研究。其中的80kV、500m、3125A超導直流電纜于2014年開始運行,154kV、1km、2250A交流超導電纜于2016年開始運行。在日本,相關(guān)政府部門和企業(yè)對超導電纜進行了長期的研究,電纜電壓等級從低壓的1.5kV到目前全球超導電纜最高電壓等級記錄的275kV均有研究,其中影響力較大為日本橫濱超導電纜項目。該項目電纜采用電壓等級為66kV的三芯超導電纜,傳輸容量200MVA,長度250m,是日本第1根實際掛網(wǎng)運行的超導電纜。項目最早始于2007年,由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省和新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)資助,由東京電力公司和住友電工合作開發(fā)。2009年完成30m電纜的性能評估,2010年完成電纜制作,2011年完成安裝,采用6臺斯特林制冷機制冷。在經(jīng)過一系列測試之后,于2012年10月在Asahi變電站正式掛網(wǎng)運行。線路為70000家用戶提供了一年多的無間斷供電。線路后續(xù)更換了前川的布雷頓循環(huán)制冷機,提高制冷系統(tǒng)制冷效率,進一步提高電纜商業(yè)價值。在國內(nèi),中科院電工所、云電英納、上海電纜研究所、中國電力科學研究院等單位開展了超導電纜的研發(fā)并取得了較大的成果。其中,上海電纜研究所2010年完成國內(nèi)首根30m、35kV/2kACD絕緣超導電纜型式試驗。之后在上海市科學技術(shù)委員會的支持下,開展了寶鋼超導電纜示范工程研究項目,于2012年12月完成了35kV/2kA50m超導電纜系統(tǒng)的安裝、試驗工作后通電運行,為寶鋼二煉鋼電弧爐持續(xù)供電。該線路是我國首條掛網(wǎng)運行的低溫絕緣高溫超導電纜,也是目前世界上同等電壓等級中負載電流最大的CD絕緣超導電纜線路。
　　8、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:世界上參與超導電纜研究的主要國家和地區(qū)已經(jīng)完成了超導電纜的功能驗證研究
　　就目前而言,全球主要的超導電纜研究參與國家和地區(qū)均已完成了超導電纜的功能驗證研究,雖然高溫超導輸電技術(shù)尚未達到規(guī)?；瘧?yīng)用的階段,但大力推動高溫超導輸電有關(guān)工作,發(fā)揮高溫超導輸電應(yīng)有的作用,逐步在電網(wǎng)發(fā)展中得到應(yīng)用和推廣,將具有十分重要的意義。后續(xù)的研究重點將是進一步提高超導電纜系統(tǒng)的可靠性和性價比,早日實現(xiàn)超導電纜的產(chǎn)業(yè)化和工程化。在超導電纜應(yīng)用前景和規(guī)模方面,超導電纜因為體積小、容量大、損耗低等優(yōu)勢,最有可能替代以交聯(lián)聚乙烯絕緣為代表的塑料絕緣電纜,成為主要的電力輸送設(shè)備。美國能源部等機構(gòu)均對超導電纜的應(yīng)用前景作出了積極的預(yù)測。在我國,電力電纜行業(yè)是僅此于汽車的第2大行業(yè),被成為國民經(jīng)濟的神經(jīng)與血管。近些年來,中國電線電纜行業(yè)總規(guī)模、產(chǎn)量以及增長速度在世界同行業(yè)中穩(wěn)居世界第1,對全球電線電纜行業(yè)具有重大的影響。2012年行業(yè)總產(chǎn)值約占全球市場1/3,超過12000億元,2014年更是突破14000億元。電力電纜是電線電纜5大領(lǐng)域中最大的一個領(lǐng)域,可見若超導電纜可以大規(guī)模替代傳統(tǒng)電力電纜的話,僅國內(nèi)市場就可達到千億級別的規(guī)模。值得一提的是超導電纜研究的升溫,有力地帶動了超導材料和制冷等相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前美國、日本、韓國和中國均有較為穩(wěn)定的第2代高溫超導帶材生產(chǎn)技術(shù),可以實現(xiàn)一定規(guī)模的商業(yè)供貨。日本在第1代鉍系超導帶材生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了加壓燒結(jié)的所謂第3代高溫超導帶材技術(shù)。
　　9、MYPTJ高壓金屬編織屏蔽電纜MYPTJ電纜:后者有較大的成本降低空間
　　就目前技術(shù)水平,其帶材單位價格要優(yōu)于2代超導帶材,但由于材料成本的差異,后者有著更大的成本降低空間。超導帶材技術(shù)和制冷等配套技術(shù)的進步,反過來為提高超導電纜的商業(yè)應(yīng)用提供了強有力的支撐,進一步提升了各國對超導電纜等超導應(yīng)用研究的熱情。經(jīng)過十多年的努力,關(guān)于高溫超導電纜的功能驗證型研究工作已基本完成,但超導電纜距離商業(yè)化推廣應(yīng)用仍有一定的距離,后續(xù)工作將致力于超導電纜系統(tǒng)性能提升,推進超導電纜的產(chǎn)業(yè)化。其中最主要的研究方向有:超導電纜系統(tǒng)安全、可靠性能研究;超導電纜系統(tǒng)工程應(yīng)用技術(shù)研究;應(yīng)用于超導電纜工程的大型制冷系統(tǒng)效率及可靠性提升研究;超導電纜系統(tǒng)全壽命周期成本分析研究等。針對這些研究方向,一方面需要相關(guān)研究人員從電纜本身和相關(guān)配套技術(shù)等方面出發(fā),系統(tǒng)深入地開展研究工作;另一方面需要政府加大投入,對相關(guān)產(chǎn)業(yè)和項目進行扶持,同時需要電力部門和大型電力用戶積極參與,盡快開展更大規(guī)模、更接近實際應(yīng)用的電纜示范工程項目,甚至商業(yè)試用型工程項目,共同推進超導產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展。
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