超導電力裝置的特點及國際發展動態

　　超導電力裝置的特點及國際發展動態
　　隨著大城市用電負荷的日益增加，高壓架空線深入城市負荷中心又受到許多因素的影響。因此，往往需要采用地下電纜將電能輸往城市負荷中心。在這種情況下，采用高溫超導輸電電纜有明顯的優勢，是解決大容量、低損耗輸電的一個重要途徑。但是，由于超導繞組必須運行在液氦或液氮溫區，同時又因超導繞組電流密度大，給電機的設計、制造和運行帶來一系列新的技術問題。例如，大電流密度和高磁場的超導電機繞組設計和電磁計算，超導繞組的阻尼屏蔽結構，超導繞組的穩定性和失超保護，超導繞組低溫容器的真空絕熱和密封技術，超導繞組冷卻技術，以及高速旋轉下冷卻介質輸運技術等都需要研究和解決。
　　在超導電力裝置方面，國外研究開發的重點主要是高溫超導限電纜、高溫超導限流器、超導儲能裝置、高溫超導變壓器、高溫超導電動機以及無功功率補償用的高溫超導同步發電機等。
　　1.高溫超導電纜
　　高溫超導電纜采用無阻和高電流密度的高溫超導材料作為載流導體，具有載流能力大、損耗低和體積小的優點，其傳輸容量將比常規電纜高3~5倍，而電纜本體的焦耳熱損耗幾乎為零。雖然在交流運行狀態下，它也存在磁滯、渦流等損耗，即交流損耗，但超導電纜只要超過一定長度后，即使考慮到低溫冷卻和終端所需的電能消耗，其輸電損耗也將比常規電纜降低20%~70%。另外，高溫超導電纜是采用液氮作冷卻介質，在結構上還可以使其磁場集中在電纜內部，從而防止對環境的污染。同時，液氮冷卻的高溫超導電纜不會有漏油污染環境和發生火災的隱患。
　　迄今為止，所研制的超導同步發電機只是轉子勵磁繞組采用超導線圈，電機的定子繞組一般仍然采用常規的銅繞組。這是因為電機的定子繞組是在50Hz工頻下運行的，而超導體在交流運行條件下存在交流損耗。日本自1988年開始進行超導同步發電機研究，已研制出一臺勵磁繞組采用NbTi超導線繞制的70MVA超導同步發電機。這臺電機采用超臨界氦冷卻，并于1997年成功地進行了試驗。原計劃準備在這基礎上進一步研制200MVA超導同步發電機，但至今未進行。