閱讀 2635 次 超導技術輸電電纜的運用簡介
超導技術輸電電纜的運用簡介
席 偉
昆明市建筑設計研究院有限責任公司,云南昆明 650041
引言
我們知道實驗室巾一段銅導體在常溫狀態下電荷運動、載流量是一定的。隨著環境溫度的升高這種運動逐漸達到飽和狀態。當改變介質采用液態氮對該段導體進行冷卻降低溫度,達到超臨界狀態,這時我們發現了一個現象:導體內此時的電荷運動加劇.載流量成倍增加,這種現象我們稱為超導現象。
正是基于上述現象產生了超導輸電這一先進的技術。它的優勢在于:輸送容量大,同樣截面的電纜輸送能力是常規電纜的3至5倍。由于采用液態氮作為冷卻介質,無污染、低噪聲、無滴漏,與油浸電纜不同,節約大量的有色金屬材料。
目前運用這一技術研制成功并投入電網使用的實用型超導電纜的國家,世界上共三家。中國是繼美國(1999年)、丹麥(2001年)之后的第三家:我國研制成功的超導電纜在其技術性能上也有較大的優勢,從下述技術特點比較表中可以看出其部分性能參數優于前兩個國家的產品。
云南電網公司和北京英納超導有限責任公司合作,研制成功中國第一組實用型超導電纜.并于2004年4月19日在昆明供電局220kw普吉變電站主變壓器35kw側接入系統并網運行,工程取得了成功,目前正穩定運行中。
1、工程中需要解決的問題
要將超導電纜運用于工程實際中.要解決多方面的技術問題,超導電纜實際接到變電站核心部位直接承受強電、強磁等惡劣條件考驗,還要承受電網操作過電壓、雷電感應過電壓對其絕緣層介質的考驗。電纜必須能耐受穿越容量或直接短路容量沖擊的動、熱穩定性的校驗。要確保超導電纜的穩定運行,保持超導狀態的關鍵技術在于解決冷卻系統液態氮的維持壓力和泄漏問題。由于載流量的動態變化,還要解決電纜本體冷熱膨脹應力變化及場地布置問題。還要創造條件錄取相應試驗數據,涉及存超低溫運行情況下,低溫傳感器、變送器等器件的穩定運行等。
2、超導電纜保護技術原則
1)當電網出現大于超導電纜導體臨界電流的短路電流工況下的保護問題。
2)超導電纜冷卻系統在短路電流穿越超導電纜工況時的冷卻結構按絕熱條件考慮。
3)按絕熱、均流確定無時限保護的“極限電流值”,當過電流達到該極限電流時,系統能立即開斷。保護整定值應小于上述極限電流值,該電流值應考慮如下條件:
表1 性能參數比較表
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主要技術參數 |
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國別 |
額定電壓(KV) |
額定電流(KA) |
額定傳輸容量(MVA) |
長度(M)(MVA) |
掛網運行時間 |
美國 |
12.5 |
1.25 |
27.06 |
30 |
1999年 |
丹麥 |
30.3 |
2.0 |
103.92 |
30 |
2001年底 |
中國 |
35.0 |
2.0 |
121.24 |
33.5 |
2004年4月 |
(1)超導電纜的絕緣材料可承受的溫度。
(2)超導體材料的性能不引起根本性改變和損壞的溫度。
(3)當短路電流小于超導體臨界電流時,只根據非電量參數確定保護系統動作。
(4)電網過電流小于“極限電流值”而大于臨界電流值時,按絕熱均流計算超導體中的熱積累,從而確定反時限動作電流值。
3、工程設計
在接入系統設計中采用了旁路方案.充分考慮了超導電纜正常運行,超導電纜維修,超導電纜故障三種工況下的系統接線形式。可以保障電網在上述三種工況下正常運行。在主變壓器35kw側共采用四組斷路器構成該方案。并對應設置繼電保護系統在三種工況下分別動作控制。
超導電纜場地布置設計上:采用將超導電纜布置成有一定彎曲度,是為了滿足電纜本體的冷熱膨脹應力變化,且經過嚴格的測量和計算。對三個單相電纜和電纜終端支架構成方式,采取了消除橫向磁路閉合等附加發熱的防止措施外,為了防止電纜金屬護層的侵蝕影響把電纜設計成整體離地面750mm。為提高場地的利用,三相電纜終端分別在縱向和橫向錯開一定的距離。
為防止過電壓的傳人與反擊,超導電纜兩端增設了高性能的金屬氧化物避雷器和電纜銅屏蔽層的過電壓保護接線。
液態氮機房為防止電場、電磁場的干擾,在其結構上采用了電磁屏蔽措施,局部等電位連接帶和獨立的接地裝置,以確保控制計算機系統的穩定運行。
為降低冷卻水系統的損耗及管路結垢影響,設計了密閉循環純水冷卻循環系統。
變電站防直擊雷設施進行了復核加強.以確保防直擊雷的安全。
為防止超低溫介質及管路的泄漏,結霜和運行人員誤碰凍傷。所有超低溫管路、冷閥、冷頭、冷端傳感器等元件都采取防護保溫措施。
4、存在的問題
超導電纜輸電技術由于部分材料需要進口,關鍵設備目前還不能圍產化,商業成本較高。設備布置場地有一定的要求.工程運行管理工藝還比較復雜。
5、結語
超導電纜輸電技術:損耗低,導體損耗小于常規電纜的l/10。
運行總損耗為常規電纜的60%以下;輸送容量大、體積小,同樣截面的輸送能力是常規電纜的3至5倍;無污染、低噪聲、無滴漏;節約大量的有色金屬材料。該工程的成功是超導電纜走向實用的極重要的環節,是節能環保的T程技術,是很有發展前景的先進技術;相信隨著我國科學技術的發展,大量關鍵環節技術的突破,超導電纜輸電技術將更加廣泛地使用于我國電力系統中。
(本文來源:陜西省土木建筑學會 文徑網絡:溫紅娟 尚雯瀟 尹維維 編輯 文徑 審核)
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