智能电网：超导体研究

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1、超导体研究我国高温超导电力变压器成功投入运行•新疆特变电工股份有限公司经过四年研发，世界上第二台挂网运行的三相高压超导变压器，也是全球首台非晶合金铁心高温超导变压器，日前在新疆成功投入电网运行。其负载损耗相当于同容量油浸式变压器国家标准的4.5％.由此将加快我国超导电力技术，标志我国在高温超导变压器的研发进入世界先进行列。（《上海电器行业简讯》2006年第二期，2006年6月20日）（2009-12-8，发表孟庆龙博客）（2009-11-30）（作者单位：中国科学院电工研究所）《科学新闻》(2008年10月第1期专家视线)超导电力技术的发展与展

2、望编者按：超导电力技术是利用超导体的特殊物理性质与电力工程相结合而发展起来的一门新技术。本文简要介绍了超导电力装置的特点及国际发展动态，概述了中科院电工所超导电力研究的发展情况，并阐释了超导电力技术发展前景及要解决的问题。17图175米三相高温超导交流电缆图2安装在湖南娄底110kV/10.5kV变电站的高温超导限流器17图3630kVA三相高温超导非晶合金铁心变压器图4100kJ/25kW超导储能装置17图51MJ高温超导储能线圈超导体具有诸多奇特的物理性质，如零电阻特性、完全抗磁特性、宏观量子相干效应等，利用超导体的这些特殊性质可以获得强磁

3、场、储存电能、制作超导电力装置、实现磁悬浮以及测量微弱磁场信号等。超导电力技术主要研究、开发各种超导电力装置、研究含超导装置的电力系统的各种特性，包括电力系统和超导电力装置的相互作用和影响、系统规划、设计、运行、控制、保护等。许多电力装备都可以采用超导体来提高其性能，如输电电缆、电机、变压器和储能装置等，同时还可采用超导体研制出常规技术无法实现的新型电力设备，如超导故障电流限制器等。超导电力装置具有体积小、重量轻、容量大等特点，在电力系统中应用超导技术可提高电机单机容量、提高电网的输送容量、降低电网的损耗、实现电能储存、限制短路电流，因而可以改

4、善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性，从而为电网向高效安全和超大规模方向发展提供了新的技术途径。超导电力技术多年来一直受到了世界各国的重视，特别是1986年发现高温超导材料以后，由于高温超导体可以在比低温超导体所需的液氦温区（4.2K）高得多的液氮温区（77K）下运行，高温超导电力装置的研究更是备受重视。同时，由于美国和欧洲近年来相继发生了多次大的停电事故，因而促使西方政府和工业界进一步加快超导电力技术的研究步伐。1999年，美国开始了SPI（SuperconductivityPartnershipInitiative）研究计划，开展

5、了如超导电机、超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导磁悬浮飞轮储能等项目的研究，在“美国电网2030”17计划中，提出了采用超导电力技术建设骨干电网等建议，美国还在其海军舰船先进电力系统计划中列入了超导推进电机等研究项目。日本在20世纪90年代曾实施了SuperGM等超导电力技术研究计划，并成立了国际超导技术研究中心（ISTEC），其主要电力公司及电机制造厂家均积极参与超导电力技术研究工作。在欧洲，法国、德国、俄罗斯、以色列及印度等都相继开展了超导电力技术研究工作，韩国也于2001年制定了高温超导技术的十年发展规划。中科院电工所在国家“863”

6、计划和国家自然科学基金的支持下，于上世纪90年代初就逐步开展超导电力装置及其应用的研究。目前，包括我国在内的世界各国，在高温超导输电电缆、高温超导故障电流限制器、高温超导电机、高温超导变压器以及超导磁储能系统等研究方面，已取得实质性进展。（上博客，2009-12-7）一、超导电力装置的特点及国际发展动态在超导电力装置方面，国外研究开发的重点主要是高温超导限电缆、高温超导限流器、超导储能装置、高温超导变压器、高温超导电动机以及无功功率补偿用的高温超导同步发电机等。1.高温超导电缆高温超导电缆采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体，具有载流

7、能力大、损耗低和体积小的优点，其传输容量将比常规电缆高3~5倍，而电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。虽然在交流运行状态下，它也存在磁滞、涡流等损耗，即交流损耗，但超导电缆只要超过一定长度后，即使考虑到低温冷却和终端所需的电能消耗，其输电损耗也将比常规电缆降低20%~70%。另外，高温超导电缆是采用液氮作冷却介质，在结构上还可以使其磁场集中在电缆内部，从而防止对环境的污染。同时，液氮冷却的高温超导电缆不会有漏油污染环境和发生火灾的隐患。随着大城市用电负荷的日益增加，高压架空线深入城市负荷中心又受到许多因素的影响。因此，往往需要采用地下电缆将电能输往城

8、市负荷中心。在这种情况下，采用高温超导输电电缆有明显的优势，是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。自20世纪90年代以来，美国、日本、丹麦和韩国等都