摘要在电力系统中,采用超导电缆技术,可扩大电网的输送容量,降低传输损耗,提高系统运行的稳定性和可靠性,改善电能质量,并有利于保护环境。超导材料的发展促进了超导电缆技术的发展,高温超导电缆将在未来安全电力系统建设中发挥重要作用,是21世纪电力科学技术最具发展潜力的应用之一。
关键词超导电缆电力系统
1引言1911年,荷兰科学家Onnes发现纯的水银样品在4.2K附近电阻突然消失,接着又发现了其他一些金属也有这样的现象,这一发现开辟了一个崭新的超导物理领域。1986年4月,设在瑞士苏黎世的IBM实验室的学者J.G.Bednorz和K.A.Muller发现了La-Ba-Cu-O高Tc氧化物超导体(Tc=34K),以后的几年,人们相继发现了多种高温超导材料,其中包括铋系、钇系、铊系、汞系等高温超导体系。1987年2月21日,中国科学院物理所发现了起始转变温度为100K的YBaCuO体系超导体,并首次公布了其成分。2001年3月1日的NATURE周刊报道,日本发现了具有体超导电性、临界温度为39K的MgB2超导体。
高温超导材料的不断发展为超导技术在电力系统中的应用创造了有利的条件,美国、日本、韩国以及欧洲一些主要工业国家都以极大的热情,投入了大量资金,积极开展超导技术在电力系统中的应用研究工作。
在电力系统中采用超导技术可提高单机容量和增加电网的输送容量、降低传输损耗、提高系统运行的稳定性和可靠性、改善电能质量、降低电网的占地面积和电网的造价及改造成本,并使超大规模电网的实现成为可能[1]。通过超导储能,还可大大改善可再生能源的电能质量,并使其与大电网有效地联结。加强对超导电缆、超导故障电流限制器、超导储能器、超导变压器、超导发电机和超导电动机等超导技术的研究,将会极大地推动电力科技的发展,将电力科技的发展带入一个崭新的阶段。目前,超导电缆、超导故障电流限制器、超导储能器和超导变压器已发展或接近到工程实用阶段,超导发电机和超导电动机的研制也取得了重大进展。
2超导电缆技术超导现象发现之后,由于超导体具有无阻载流的超导特性,科学家们就设想利用超导体制造超导电缆,以达到降低电能传输损耗的目的[2,3]。由于当时高温超导材料还没有发现,超导电缆技术仅仅局限在低温超导材料的使用上。一般采用Nb3Sn等低温超导材料制成细丝,通过绞制形成超导电缆导体,使用液氦进行冷却。从技术的角度上讲,低温超导电缆能达到降低电能传输损耗的目的,但由于制冷成本的昂贵费用,使低温超导电缆的实用化大打折扣。在我国,上海电缆研究所也曾在上世纪七八十年代进行过低温超导电缆的研究工作,由于同样的原因,该项研究工作最终没有能够进行下去。但不管怎样,还是为今后高温超导电缆技术的发展奠定了基础。