閱讀 2649 次 超導(dǎo)技術(shù)輸電電纜的運(yùn)用簡(jiǎn)介
超導(dǎo)技術(shù)輸電電纜的運(yùn)用簡(jiǎn)介
席 偉
昆明市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,云南昆明 650041
引言
我們知道實(shí)驗(yàn)室巾一段銅導(dǎo)體在常溫狀態(tài)下電荷運(yùn)動(dòng)、載流量是一定的。隨著環(huán)境溫度的升高這種運(yùn)動(dòng)逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)改變介質(zhì)采用液態(tài)氮對(duì)該段導(dǎo)體進(jìn)行冷卻降低溫度,達(dá)到超臨界狀態(tài),這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象:導(dǎo)體內(nèi)此時(shí)的電荷運(yùn)動(dòng)加劇.載流量成倍增加,這種現(xiàn)象我們稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。
正是基于上述現(xiàn)象產(chǎn)生了超導(dǎo)輸電這一先進(jìn)的技術(shù)。它的優(yōu)勢(shì)在于:輸送容量大,同樣截面的電纜輸送能力是常規(guī)電纜的3至5倍。由于采用液態(tài)氮作為冷卻介質(zhì),無污染、低噪聲、無滴漏,與油浸電纜不同,節(jié)約大量的有色金屬材料。
目前運(yùn)用這一技術(shù)研制成功并投入電網(wǎng)使用的實(shí)用型超導(dǎo)電纜的國(guó)家,世界上共三家。中國(guó)是繼美國(guó)(1999年)、丹麥(2001年)之后的第三家:我國(guó)研制成功的超導(dǎo)電纜在其技術(shù)性能上也有較大的優(yōu)勢(shì),從下述技術(shù)特點(diǎn)比較表中可以看出其部分性能參數(shù)優(yōu)于前兩個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品。
云南電網(wǎng)公司和北京英納超導(dǎo)有限責(zé)任公司合作,研制成功中國(guó)第一組實(shí)用型超導(dǎo)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(cè)接入系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行,工程取得了成功,目前正穩(wěn)定運(yùn)行中。
1、工程中需要解決的問題
要將超導(dǎo)電纜運(yùn)用于工程實(shí)際中.要解決多方面的技術(shù)問題,超導(dǎo)電纜實(shí)際接到變電站核心部位直接承受強(qiáng)電、強(qiáng)磁等惡劣條件考驗(yàn),還要承受電網(wǎng)操作過電壓、雷電感應(yīng)過電壓對(duì)其絕緣層介質(zhì)的考驗(yàn)。電纜必須能耐受穿越容量或直接短路容量沖擊的動(dòng)、熱穩(wěn)定性的校驗(yàn)。要確保超導(dǎo)電纜的穩(wěn)定運(yùn)行,保持超導(dǎo)狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)在于解決冷卻系統(tǒng)液態(tài)氮的維持壓力和泄漏問題。由于載流量的動(dòng)態(tài)變化,還要解決電纜本體冷熱膨脹應(yīng)力變化及場(chǎng)地布置問題。還要?jiǎng)?chuàng)造條件錄取相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù),涉及存超低溫運(yùn)行情況下,低溫傳感器、變送器等器件的穩(wěn)定運(yùn)行等。
2、超導(dǎo)電纜保護(hù)技術(shù)原則
1)當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)大于超導(dǎo)電纜導(dǎo)體臨界電流的短路電流工況下的保護(hù)問題。
2)超導(dǎo)電纜冷卻系統(tǒng)在短路電流穿越超導(dǎo)電纜工況時(shí)的冷卻結(jié)構(gòu)按絕熱條件考慮。
3)按絕熱、均流確定無時(shí)限保護(hù)的“極限電流值”,當(dāng)過電流達(dá)到該極限電流時(shí),系統(tǒng)能立即開斷。保護(hù)整定值應(yīng)小于上述極限電流值,該電流值應(yīng)考慮如下條件:
表1 性能參數(shù)比較表
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主要技術(shù)參數(shù) |
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國(guó)別 |
額定電壓(KV) |
額定電流(KA) |
額定傳輸容量(MVA) |
長(zhǎng)度(M)(MVA) |
掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間 |
美國(guó) |
12.5 |
1.25 |
27.06 |
30 |
1999年 |
丹麥 |
30.3 |
2.0 |
103.92 |
30 |
2001年底 |
中國(guó) |
35.0 |
2.0 |
121.24 |
33.5 |
2004年4月 |
(1)超導(dǎo)電纜的絕緣材料可承受的溫度。
(2)超導(dǎo)體材料的性能不引起根本性改變和損壞的溫度。
(3)當(dāng)短路電流小于超導(dǎo)體臨界電流時(shí),只根據(jù)非電量參數(shù)確定保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。
(4)電網(wǎng)過電流小于“極限電流值”而大于臨界電流值時(shí),按絕熱均流計(jì)算超導(dǎo)體中的熱積累,從而確定反時(shí)限動(dòng)作電流值。
3、工程設(shè)計(jì)
在接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了旁路方案.充分考慮了超導(dǎo)電纜正常運(yùn)行,超導(dǎo)電纜維修,超導(dǎo)電纜故障三種工況下的系統(tǒng)接線形式。可以保障電網(wǎng)在上述三種工況下正常運(yùn)行。在主變壓器35kw側(cè)共采用四組斷路器構(gòu)成該方案。并對(duì)應(yīng)設(shè)置繼電保護(hù)系統(tǒng)在三種工況下分別動(dòng)作控制。
超導(dǎo)電纜場(chǎng)地布置設(shè)計(jì)上:采用將超導(dǎo)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(yīng)力變化,且經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)量和計(jì)算。對(duì)三個(gè)單相電纜和電纜終端支架構(gòu)成方式,采取了消除橫向磁路閉合等附加發(fā)熱的防止措施外,為了防止電纜金屬護(hù)層的侵蝕影響把電纜設(shè)計(jì)成整體離地面750mm。為提高場(chǎng)地的利用,三相電纜終端分別在縱向和橫向錯(cuò)開一定的距離。
為防止過電壓的傳人與反擊,超導(dǎo)電纜兩端增設(shè)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(hù)接線。
液態(tài)氮機(jī)房為防止電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的干擾,在其結(jié)構(gòu)上采用了電磁屏蔽措施,局部等電位連接帶和獨(dú)立的接地裝置,以確保控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
為降低冷卻水系統(tǒng)的損耗及管路結(jié)垢影響,設(shè)計(jì)了密閉循環(huán)純水冷卻循環(huán)系統(tǒng)。
變電站防直擊雷設(shè)施進(jìn)行了復(fù)核加強(qiáng).以確保防直擊雷的安全。
為防止超低溫介質(zhì)及管路的泄漏,結(jié)霜和運(yùn)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(hù)保溫措施。
4、存在的問題
超導(dǎo)電纜輸電技術(shù)由于部分材料需要進(jìn)口,關(guān)鍵設(shè)備目前還不能圍產(chǎn)化,商業(yè)成本較高。設(shè)備布置場(chǎng)地有一定的要求.工程運(yùn)行管理工藝還比較復(fù)雜。
5、結(jié)語
超導(dǎo)電纜輸電技術(shù):損耗低,導(dǎo)體損耗小于常規(guī)電纜的l/10。
運(yùn)行總損耗為常規(guī)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(guī)電纜的3至5倍;無污染、低噪聲、無滴漏;節(jié)約大量的有色金屬材料。該工程的成功是超導(dǎo)電纜走向?qū)嵱玫臉O重要的環(huán)節(jié),是節(jié)能環(huán)保的T程技術(shù),是很有發(fā)展前景的先進(jìn)技術(shù);相信隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,大量關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)的突破,超導(dǎo)電纜輸電技術(shù)將更加廣泛地使用于我國(guó)電力系統(tǒng)中。
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會(huì) 文徑網(wǎng)絡(luò):溫紅娟 尚雯瀟 尹維維 編輯 文徑 審核)