摘要：超导电缆相较于传统电缆具有线损低、容量大、占地小、低碳环保等优势，可以解决输电走廊紧张、输

　　电线路损耗高等问题，是未来输配电线路的重要球盟会替代方向。概述了超导电缆的分类、结构和技术优势；介绍了

　　超导电缆的发展历程和典型应用工程，并综述了超导电缆未来的主要研究方向。对超导电缆和交联聚乙烯电

　　缆从经济性、安全性和碳排放三个方面作对比分析，基于以上分析总结了超导电缆可能的应用场景，并展望了

　　20世纪末，日本、美国等发达国家开始研制连续运行两年，且运行状态良好[4-5]

　　超导电缆，发展非常迅速，几年内成功研制出三相本文总结超导电缆的分类、超导电缆的结构

　　高温超导电缆并进行球盟会挂网测试，验证了超导电缆和技术优势，概述超导电缆的发展历程、典型应用

　　的技术可行性和其并人电网的可靠性[-]。目前，以及未来研究方向，并基于超导电缆的经济性、安

　　我国超导电缆技术已进人工业前期阶段，其中超全性，以及碳排放和技术优势，分析超导电缆的应

　　经投人到实际的电网运行中。例如，2021年中国超导电缆可按照超导材料临界温度、绝缘温

　　建成并投运全球首个35kV公里级超导电缆，已区、电力传输形式，以及相与相导体的关系进行分

　　超导材料临界温度低温超导电缆而成，两层波纹管之间抽成真空，并嵌有多层防辐

　　相与相导体的关系三相同轴超导电缆可以分成热绝缘和冷绝缘两种。热绝缘超导电缆

　　和低温制冷装置有电能损耗。当采用交流超导电图2三相同轴高温超导电缆基本结构

　　损耗以及绝缘层介质损耗等，因此其热损耗要比（1)线路损耗低。在超导状态下的导体材料，

　　三相同轴超导电缆是指三相超导层沿着同一下，即便考虑到电缆本身的磁滞、涡流损耗及制冷

　　个轴绕制，因此更加节约空间，整根电缆只用一个系统的电能消耗，超导电缆的损耗相比常规电缆

　　电缆的三相都包含在同一个绝热器和电缆外套（2）输送容量大。超导电缆带材具有无电阻

　　内，各相的中心轴相互平行，共享同一低温环境。和高临界电流密度的特点，极大地提升了能量与

　　（1)内支撑芯：通常为罩有致密金属网的金属电缆的传输容量可达到常规电缆的25倍，而直

　　波纹管，或一束铜绞线，其功能是作为超导带材排流超导电缆的电能传输能力更强

　　（2）电缆导体：由高温超导带材绕制而成，一电缆占用输电走廊的空间可以减少1/3~1/2，这

　　对于缓解大型和超大型城市地下通道的空间压力2.1.22000—2010年

　　（4）低碳环保。高温超导电缆采用液氮等作运行的30m/30kV/2kA三相热绝缘高温超导电

　　为冷却介质，避免了漏油污染环境的问题和火灾缆，并在哥本哈根能源公司AMK变电站挂网

　　2超导电缆的发展历程与研究方向高温超导电缆系统。2007年，TEPCO和SEI合

　　相系高温超导电缆。34.5kV/0.8kA超导电缆的结构，安装在Albany

　　12.5kV/1.25kA的冷绝缘三相高温超导电缆的高温超导电缆可靠性高，可以承受高达51kA有

　　研发。2000年1月，SW又成功研制出世界上第一效值的故障电流，同时也是美国首次在电网上演

　　组并网运行的高温超导电缆：30m/12.4kV/1.25示传输电压下的高温超导电缆，于2008年4月投

　　kA的冷绝缘高温超导电缆[7]。人电网运行。2008年，由美国能源部支持，

　　1998年7月，中国科学院电工研究所成功研AMSC、法国耐克森公司和法国AirLiquide公司

　　发国内第一条1m/1.2kA直流铋系高温超导样合作完成了当时世界上最高电压等级的138kV/

　　2010年日本中部大学完成了200m/士20100%国产化。2021年12月，国网上海市电力公

　　通过与SEI等企业合作，成功实现了500m超导三相平行轴冷绝缘超导电缆输电示范工程并顺利

　　直流电缆在光伏电站与网络数据中心之间输电。投运，连接两座变电站。该工程是目前世界上距

　　2012年，250m/66kV/200MVA三相交流高温超离最长、输送容量最大、接头数量最多的超导电缆

　　导电缆由SEI研发完成，并接人实际电网的变电输电工程，也是唯一采用全排管敷设的千米级超

　　站中应用。2015年，日本中部大学与SEI成功研导输电工程。该工程于2023年8月18日首次实

　　制出500m/5kA/100MVA直流超导电缆，电缆现满负荷运行，各项指标均完好。

　　由300m和200m的超导电缆连接构成，安装在地国内外典型超导电缆工程概况如表1所示

　　2011年，在韩国利川变电站投运了一条由尽管国内外超导电缆的示范应用不断增多，

　　韩国电力公司、LS电缆公司和美国超导公司合但超导电缆的大规模应用还存在很多技术瓶颈，

　　作研发的410m长距离三相交流高温超导电缆，主要集中在超导带材的性价比、工程应用难题、对

　　该系统的装机容量为22.9kV/50MVA；2014年电网系统安全可靠性的影响等方面15-18]，未来超

　　10月，韩国在济州岛金岳变电站投运500m/导电缆的研究方向主要体现在以下5个方面。

　　超导电缆开始用于连接直流架空线路和直高电流密度超导材料是制作超导电缆的关

　　流-交流换流站。2011年韩国LS电缆公司和韩键。目前，已研发并实际应用的超导带材主要分

　　国电力技术研究所合作开发80kV直流超导电为铋系和钇系两类。为了提升超导性能，需要深

　　缆和154kV交流超导电缆，分别于2014年和究并改进相关工艺，同时要解决千米级及以上长

　　2016年开始运行。2013年韩国LS电缆公司研发带的生产关键制备技术。更为重要的是，为了适

　　出100m/80kV/3.125kA直流电缆，并安装于济应这现市场的广泛应用，我们必须提高这些材料

　　合研制出1km/154kV/600MVA三相交流高温目前，科学家正在致力于发现与合成具有更

　　超导电缆，并与100m直流电缆安装于同一变电高临界温度、更优越电磁性能的超导体。基于这

　　大（10kA）的直流高温超导电缆，电缆长度为超导电缆只能运行在临界温度以下，一旦条

　　360m，是第一条实现并网的直流高温超导电缆。件被破坏，超导体将发生超导态到正常态的变化，

　　2017年6月，富通公司研制的100m/35kV/1.0kA即失超。超导电缆失超后如果处理不当，不仅会

　　的冷绝缘三相交流高温超导电缆在天津滨海进行损坏超导电缆本体，还可能会对电网的安全稳定

　　2021年9月，南方电网深圳供电局成功完成超导电缆失超后对继电保护装置及电网的影响是

　　研制，并顺利并网，以5倍于常规电缆的输电能2.2.3超导电缆的中间连接和终端连接技术

　　力，为粤港澳大湾区第一高楼一深圳平安金融在超导电缆中，中间接头和终端接头等连接

　　日本日本古河电工2013年6月30275kV/3kA单相交流冷绝缘沈阳古河电缆公司

　　丹麦哥本哈根能源公司2001年5月3030kV/2kA/104MVA三相交流热绝缘哥本哈根AMK变电站

　　部位最容易发生故障，需要优化电缆导体与电流命周期等问题的研究也有待深入，需要建立一整

　　引线的连接方式、应力锥的设计及制造工艺，以达套含超导电缆的电网的动态稳定性、优化控制和

　　通过引线时产生的焦耳热也是一个难点。国内外数十个超导电缆的工程实践证明了超

　　2.2.4超导电缆的低温冷却技术导电缆应用的技术可行性，要分析超导电缆的应

　　要真正实现高温超导输电的规模化实际应用前景，还要考虑其经济性、安全可靠性、环境友

　　用，必须发展长距离、合理高效、安全可靠的大型好性等。下面先从经济性、安全性、碳排放三个方

　　液氮温区的低温制冷冷却系统并实现产业化。整面对超导电缆与目前应用最广泛的交联聚乙烯电

　　和高可靠性的大型制冷机的研发，长距离高温超不论是超导电缆还是传统电缆，其成本主要

　　导电缆冷却流程的优化设计技术和低温输配技来源于原材料成本、生产成本和运维成本。超导

　　术，低漏热低温杜瓦管的优化设计，以及低温系统电缆原材料之一的铋系超导带材的市场价格约千

　　2.2.5含超导电缆的电网运行稳定性和可靠性十元·（kA·m）-1,比铜的市场价格略高，且系超

　　若要实现含超导电缆电网的稳定可靠运行，装成本主要取决于产品的规模，目前超导电缆还

　　我们既需要掌握超导电缆故障过程中各种特性参处于示范应用阶段，没有规模可言，其生产成本和

　　数的变化规律，又需要研究故障机理及测寻方法、安装成本必然要比传统电缆的高，但这不是制约

　　特性分析与阈值整定以及超导线路的实用化保护因素。文献[19]经测算发现，超导电缆的运行成

　　策略，还需要研究与传统继电保护系统相匹配的本与传统电缆相当。除此之外，由于超导电缆运

　　保护装置配置方法。此外，电缆运行可靠性、全寿行在液氮温区，相较于传统电缆还有较昂贵的制

　　超导电缆的安全性包括自身安全性和对电网金，地下通道空间非常紧张。中国2021年在上海

　　两个方面：一个是材质的差异，传统电缆以铜和铝（2）应用于变电站内的大电流传输母线。传

　　为线芯，而超导电缆采用Bi-2223材料为导体；另统的大电流传输方案通常采用多根电缆并联输

　　一个是超导电缆中有绝热层，而传统电缆没有。电，电能损耗较大；而变电站内高温超导电缆的应

　　这种结构上的特殊性为监控电缆提供了便利。可用可以同时降低损耗以及所需电缆的数目

　　以说当技术成熟时，超导电缆的安全可靠性不输（3）建立低碳示范区。一方面直流超导电缆

　　日本东京电力公司66kV/200MVA超导电等可再生能源的接人，另一方面超导电缆的碳排

　　并网运行，证明了超导电缆系统长期运行的可靠设以可再生能源为主发电、超导电缆为供电线]研究了超导电缆制冷系统故障和过的低碳示范区，展示低碳绿色发展理念。

　　热保护对配电网可靠性的影响，结果表明含超导（4）替换海底电缆。传统的海底电缆由于周

　　电缆的配电网的可靠性低于传统电网，但通过适围土壤的影响而散热困难，额定功率降低了

　　当的方案改造，超导电缆的接人可以有效提升配30%～40%，内部冷却且不存在热辐射的高温超

　　综合来看，随着超导电缆并网技术的研究深（5）应用于长距离、大容量输电。直流高温超

　　人，其安全性不会低于传统电缆。导电缆容量大、损耗极小，为由能源中心向负荷中

　　以最新应用的上海千米级高温超导电缆为（6）可与低温燃料多种能源混合运输。将液

　　例，选择与其载流量相当的同样以排管敷设的双化天然气与超导电缆混输或将液氢与超导电缆混

　　回路1200mm²传统电缆进行碳排放对比，结果输的多种能源混输模式，可平摊制冷费用，降

　　生产过程排放/t267388升，展望超导电缆会经历以下3个阶段，见图3。

　　由表2可以看出，在生产过程中由于原材料范应用的前期阶段，预计不久的将来会有多个应

　　的不同，超导电缆的碳排放较传统电缆具有较大用场景的示范工程，更有数百条超导应用线路，应

　　优势，约为传统电缆的69%；在运行方面，由于超用技术得到显著提升，超导带材的价格也将逐渐

　　显，约为传统电缆工程的95%。综合来看，超导（2）微网应用阶段。当超导电缆的成本不高

　　电缆相较于传统电缆的碳排放还是优势明显，符且应用技术基本成熟时，超导电缆将进人网络化

　　合全球能源发展低碳化、清洁化的趋势。应用阶段，一个微型网络里全部采用超导电缆输

　　送，且网络化应用愈来愈广，电网呈现出多模态特超导工程［J].中国发明与专利，2023,20（1）：46-53.

　　征，并不断积累网络化应用经验。[6]金建勋，游虎，姜在强，等，高温超导电缆发展及其应用

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