科技日报北京9月13日电 （记者刘园园）记者13日从中国能源建设集团获悉，由深圳供电局牵头、中国能源建设集团广东省电力设计研究院（以下简称广东院）作为关键核心技术输出单位参与研发的10千伏三相同轴超导电缆系统，为有效破解超大城市电力供应难题提供了助力。

　　近年来，随着城市电力负荷需求持续增长，输电线路走廊趋于饱和、电网建设用地难等系列问题日益凸显，全球范围内超大型城市中心区供电面临挑战。

　　据广东院相关技术负责人介绍，为了攻克这一世界级难题，在南方电网深圳供电局牵头组织下，广东院2017年成立了专项技术攻关课题组，此后深入开展超导输电关键技术研究，参与超导系统整定、冷热循环、大负荷测试等10余项试验，主编国际首部针对超导电缆线路的设计标准，并总承包建设10千伏滨河至星河超导电缆示范工程。依托该示范工程，广东院作为关键核心技术输出单位，参与研发10千伏三相同轴超导电缆系统，并助力该项技术成果转化落地。

　　“该超导系统采用新一代高温超导输电技术，主要由超导电缆本体、终端、制冷系统、保护装置等关键部件组成，可实现低电压等级的大容量输电，为全球解决超大型城市电力供应难题提供了新方案，经济和环保效益显著。”广东院相关技术负责人表示。

　　据介绍，超导电缆本体直径仅17.5厘米，全长400米，输电容量高达43兆伏安，相当于5根同等级常规电缆传输的电力，可同时驱动4列时速为350公里的高铁飞驰。超导电缆终端采用真空多球盟会官方网站层绝热、高压隔离绝缘等结构设计，可有效降低终端漏热、提升绝缘性能，实现超导电缆至常规配电系统的可靠过渡。

　　超导电缆制冷系统采用液氮作为冷却剂，攻克了核心设备制冷机微小空间下高效换热、气固耦合传热、耐磨驱动机构、在线热插拔等技术难点，且便于维护，为超导系统提供了零下200摄氏度的稳定运行环境。此外，失超（失去超导特性）保护装置可在超导电缆出现失超故障后加速跳闸并进行自恢复控制，从而实现对超导电缆的全面保护。

　　近年来，超大城市中心区地下管廊资源紧张与用电负荷攀升的矛盾愈发突出，对电网建设的可持续性发展提出了更高的要求。如何破题？超导输电提供了一种新的思路。

　　2021年12月22日，国家电网公司在上海兴建的世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程正式投运。该示范工程位于上海市中心，连接徐汇商业核心区两座220千伏变电站，总长1.2公里，额定电流2200安培，电能辐射整个辖区内的4.6万户用户。

　　“选址徐汇，一方面是因为这片区域的电力负荷密度高，满足了工程建设的迫切性，另一方面，两座相对距离较小的220千伏变电站为工程的顺利建成投运提供了必要的场景条件。”国网上海市南供电公司总工程师宗明介绍，超导电缆具有损耗小、容量大等优势，“超导输电，是在零下196摄氏度的液氮环境下，利用超导材料的超导特性，使电力传输介质接近于零电阻，电能传输损耗趋近于零，从而实现低电压等级的大容量输电。不仅如此，一条超导电缆，相当于4到6条相同电压等级传统电缆的输电容量，并能节省70%的地下管廊空间，因此，特别适用于将大容量电能安全高效地输送到寸土寸金的城市中心区域。”宗明表示。

　　然而，要建成这样一项高难度的电网工程，也少不了前期的技术论证工作。“我们为超导电缆量身定制各种施工工艺和敷设机械，超导电缆结构与传统电缆不同，对通道的精度和环境要求也较高!”国网上海市南供电公司项管中心副主任王明俊介绍。为此，市南公司还开展试拉试验，现场包括一段纵向高差3米的电缆沟桥和1个90度水平转角通道，复原了实际电缆敷设中难度最大的路段。“超导电缆试拉试验的成功，意味着超导电缆敷设环节技术的重大突破，弥补国内相关技术空白。”王明俊说。

　　技术通关还不够，地处城市核心区域的徐汇区，在实际施工过程中还面临着多方协调的问题。“35千伏公里级超导电缆的运行毕竟是首次，周边居民势必会有各种疑虑，我们通过例如居民接待日等多种方式，让大家对超导电缆有了进一步的认知，不断推进整个工程的建设。”王明俊表示，通道能够顺利建成，有力的保障了超导电缆的成功投运，是建设者群策群力的结果。

　　随着经济的快速发展，大型城市电力负荷密度不断提升，但受制于输电通道资源有限，城市中心电网“卡脖子”现象日益突出，超导电缆示范工程的建设与投运，为破解城市中心电网负荷“过热”的矛盾提供了一个“最优解”。

　　那么，“最优解”都优在哪？国网上海市南供电公司总师室科技专职段若晨总结了超导电缆示范工程的四大突破。

　　在关键技术研究方面，成功研发了大长度三相统包超导电缆及系列装备，突破了大长度绝热管制造、大长度超导带材绕包接续、大温差终端绝缘设计等一系列装备制造的瓶颈，实现超导电缆及其生产装备自主可控。段若晨表示，“这是实现超导输电工程的产业化发展的第一步!”

　　在工程建设方面，在全世界首创超导电缆全程排管冷缩补偿方法，将超导电缆从常温到低温时的材料收缩影响降至最低。通过自主研发的超导电缆敷设监控系统及专用工器具，在电缆试拉试放环节获取了敷设关键技术参数，破解了狭小空间内全程排管敷设大坡度、多转角等难题。“目前国内乃至国际上投运的超导电缆中，全部为短距离试验或直线点对点供电用途，无需考虑复杂环境下的电缆敷设需求及技术标准，间接导致了该领域的参数空白。”而在试拉试验过程中，现场的90度转角电缆井及直线井内都均匀分布着安装上压力传感器的辅助滚轮，不间断地测量并记录每一个转弯前后、穿管前后、模拟过桥前后的牵引张力及侧压力大小，填补了多项国际标准空白。

　　在标准创新方面，也实现了多个从无到有——围绕超导电缆的规划设计、运行维护、继电保护、施工、试验及验收布局了20余项国际和行业标准的申报计划，累计申请30余项发明专利。

　　在实际应用方面，有效解决了窄通道大容量输电的难题，为城市电网今后的升级改造提供了一种全新的解决方案。

　　“这项工程核心技术国产化率达100%，目前是世界上距离最长、输送容量最大的全商业化运行35千伏超导电缆输电工程，不久的将来，还会有五公里甚至是更长超导电缆实施的设想!”段若晨说。

　　今年夏天，上海高温天气持续时间创下历史新高，7月29日，国网上海市电力公司组织所属相关单位开展超导电缆大负荷试验，通过连续9小时1000安以上、最大1289安的大负荷运行，初步验证了超导电缆带大负荷运行的能力。“当最大负荷超过56%，就能覆盖超低温冷却带来的能耗问题。”国网上海市电力公司高级专家、国网上海市南供电公司运检部主任助理王晓东介绍，截至今年7月末，这条公里级超导电缆已连续稳定运行超过8个月，日常运行负荷稳定在700～800安的区间内，距设计最高2200安的带负荷能力仍有较大裕度。

　　“在日常运行情况下，超导电缆的载流量相当于4～6根同电压等级普通电缆。”王晓东表示，超导输电完全可以解决大城市电网“窄通道大容量”的输电难题。

　　在这项示范工程敷设的超导电缆结构中，核心采用二三十根仅0.4毫米厚、极为纤弱的第二代超导带材，该材料从设计到生产制造完全实现国产化。除了在装备上拥有完全自主的知识产权之外，此项工程还在全程排管敷设工艺以及系统运维稳定性等方面融入了具有中国特色的创新突破，并在国际上引领多项技术标准的制定。