超导输电技术在电网中的应用

丘 明

(中国电力科学研究院， 北京 100192)

超导输电技术在电网中的应用

丘 明

(中国电力科学研究院， 北京 100192)

超导输电技术在提高线路输送能力、优化电网结构、降低网损、减少设备用地等方面有着明显优势，本文重点介绍了高温超导电缆及其输电技术的国内外研究现状和一些电网应用实例，总结了目前技术发展的主要特征，结合技术经济性分析展望其应用前景，围绕规模化应用探讨了今后技术研发的重点。

超导电缆； 电力传输； 工程应用； 经济可行性； 可靠性

1 引言

1911年超导电性被发现以来，经过一个多世纪的研究，发现的元素、化合物、合金等超导体已达数千种。处于超导态的超导体具有高密度(104～107A/cm2)无阻载流的能力，超导材料的这种零电阻特性使其成为电流传输的理想导体，超导电缆就是利用超导材料作为输电导体的电缆。20世纪60年代NbTi、Nb3Sn等实用低温超导体成材，人们就设想利用其远距离直流传输百GW容量的电力[1]；20世纪七、八十年代实现导体扭绞、复合和细丝化，美、日等国家纷纷尝试采用低温超导线材制作超导电缆，进行了较为系统的设计分析、性能测试和应用研究[2-4]，但因20世纪晚期人们对电能的需求量缓解和自身技术经济性等问题，超导输电技术并未得到实际应用。

1986年陶瓷氧化物超导体的发现，使得超导电缆的运行温度可提至液氮温区，冷却和运行成本大幅度降低；且近二十年来良好性能的高温超导线材成材技术逐步成熟，实现商品化；这些均为高温超导电缆研发及其输电技术应用奠定了良好基础。本文介绍了超导电缆结构、输电系统组成、输电技术特点、研究现状和一些电网应用实例，总结目前超导输电技术发展的主要特征，展望其应用前景，围绕规模化应用探讨了今后技术研发的重点。

2 超导电缆及其输电技术特点

与传统电缆相同，根据应用场合超导电缆分为交、直流电缆。交流超导电缆根据适用的电压等级，又分为高压单相分体和中低压三相一体电缆；直流超导电缆则根据送电方式的需要，分为单极和双极电缆。尽管各自在具体结构上有所差异，但本体缆芯和输电系统的构成基本类同。

2.1超导电缆本体缆芯结构

基于所设定的绝缘层工作温区，高温超导电缆本体有两种基本设计，即室温绝缘(Warm-Dielectric，WD)电缆和冷绝缘(Cold-Dielectric，CD)电缆两种(见图1)。WD电缆的电气绝缘位于低温恒温器外部，仅有超导导体处于低温环境中，而CD电缆的超导导体和电气绝缘均放置在低温恒温器内。WD电缆结构相对简单、制作容易；而CD电缆结构紧凑，损耗更小，但需要解决过冷液氮等低温环境下的绝缘问题。

超导电缆本体缆芯结构、设计与充油电缆相类似，制造工序相同，但工艺细节存在明显差异。超导电缆包括以下几部分：

(1)内支撑。通常为罩有致密金属网的金属波纹管或者铜绞线骨架，作为超导线材排绕的基准支撑物。当使用波纹管时，也可以同时作为冷剂通流管道。

(2)电缆导体。由超导线材绕制而成，根据通流大小的需要，一般为多层，各层导体排布、绕制节距会影响到导体分流和交流损耗等特性。

(3)低温恒温器(含超级绝热层)。通常由同轴双层金属波纹管套制成，两层波纹管间抽真空并嵌有多层防辐射金属箔，其功能是使电缆超导导体与外部环境实现热绝缘，维持超导电缆安全运行的低温环境。

(4)电气绝缘层。WD电缆的绝缘层置于热绝缘层外部，与常规电缆无异。CD电缆绝缘层置于低温恒温器内部，需选用适合于低温环境的电气绝缘材料。

(5)电缆屏蔽层和外护套(含接地屏蔽)。电缆屏蔽层和外护套与常规电力电缆类似，屏蔽层采用超导线材或常规良导体制作。

2.2超导输电系统构成

超导输电系统的主要组成部分有超导电缆本体、超导电缆终端、循环低温制冷装置和配套的超导电缆及线路监控保护设施等，如图2所示。

图2 超导输电系统Fig.2 Superconducting power transmission system

超导电缆终端是电缆本体和外部电气设备之间、冷却介质和制冷设备之间的连接通道，担负着温度和电场的过渡。它既要保证本体缆芯与常规导体低阻连接，维持相间对地良好的电气绝缘，又要承受与周围环境间的温度梯度，实现真空隔离。终端设计制造除了考虑电气连接、绝缘性能外，还需尽可能减小漏热，并满足国家标准对电缆终端的力学等一般性能要求。

循环低温制冷装置由制冷单元、液氮泵、冷箱、循环管路和储罐等部分组成，利用过冷液氮显热，通过液氮泵和冷箱控制过冷液氮在循环管路中的压力和流速，将电缆运行过程中产生的热负荷带至冷箱，与制冷机或减压降温单元所产生的冷量实现热交换；液氮再次过冷后继续在电缆内部循环管路中流动，维持超导电缆的正常运行温度。

超导电缆及线路监控保护设施实时监测硬件和系统状态，当电缆本体、终端、制冷装置发生问题时通过故障判断将信息传输给控制中心，为应对方案的确定提供依据；同时，对超导电缆和线路提供必要的保护，避免经受幅值和持续时间大于设计标准值的故障影响。一旦故障超过允许值，超导电缆和线路将在自保护的同时，与电网断开，强迫冷却，直到故障恢复，再次投入电网使用。

2.3超导输电技术特点

与传统输电技术相比，超导输电技术具有低损耗、大容量、节省走廊、环境友好、优化电网结构等技术优势，具体如下：

(1)低损耗。利用超导材料的无电阻特性，既便考虑到电缆本身磁滞、涡流损耗及制冷系统的电能消耗，超导电缆的损耗也将比常规电缆降低20%～70%，且没有对地导热。

(2)大容量。利用超导材料高密度无阻载流能力，同一电压等级下超导电缆的送电容量较常规电缆提高3～5倍以上。

(3)节省走廊。相同电压等级下，输电走廊的需求可以减少1/3～1/2，节省空间满足新能源接入和负载增长的需要。

(4)降低输送电压、简化电网结构。相同的传输容量，超导输电线路可以减小1～2个电压等级，较低的送电电压使系统对绝缘的要求降低，线路建设投资下降，集中大容量输电还可以简化电网结构，移除一个或者更多的变压器以及相关辅助设备，使电厂/变电站的选址自由度增大，提高了对电网电能传输成本的控制能力。

(5)安全可靠、环境友好。超导电缆是采用液氮等作为冷却介质，不会有漏油污染环境和发生火灾的隐患。冷绝缘超导电缆自身具有屏蔽层结构，无电磁污染，比常规电缆和架空线具有更小的阻抗。

3 超导电缆及其输电技术研究现状

美、日、韩和欧洲等国家凭借强大的人才、科技、资本和组织管理优势，在政府部门和企业的高度重视和积极参与下，在高温超导电缆研发及其输电技术应用方面走在世界前列。自20世纪90年代，我国也开始着手相关研究，近二十年来同样取得了不少积极进展。

3.1国外情况

在美国，1999年底 Southwire公司研制出30m、12.5kV/1.25kA冷绝缘三相铋系高温超导电缆，安装在总部进行了供电实验。2002年，美国超导公司与Pirelli电缆公司和电力部门合作，研制出120m、24kV/24kA三相交流铋系高温超导电缆，安装在底特律Edison变电站，由于一些技术问题未能投入运行。2003年，Ultera、SuperPower和美国超导公司在能源部和纽约州政府支持下，分别开展了200m、13.5kV/3kA，350m、34.5kV/0.8kA和660m、138kV/2.4kA三相交流铋系高温超导电缆的研制，其中200m、13.5kV/3kA超导电缆于2006年7月接入俄亥俄州哥伦布Bixby变电站进行试验[5]；350m、34.5kV/0.8kA超导电缆于2006年6月在纽约州Albany安装完毕，同年7月接入电网运行[6]；600m、138kV/2.4kA输电等级超导电缆安装在纽约州长岛，于2008年4月并网运行[7]。2007年，国土安全部、美国超导公司和Edison共同出资，设计开发具有故障限流功能的170m、13.8kV/96MV·A钇系高温超导电缆，作为Hydra项目的一部分；2009年25m三芯电缆和终端安装在橡树岭国家实验室，进行了故障限流测试和常规型式试验，2014年开始示范运行。2016年2月美国超导公司宣布，选择Nexans作为中压高温超导电缆设计、制造和验证的合作伙伴，参与伊利诺伊州芝加哥的弹性电网(REG)项目。

在日本，1987年建立Super-GM计划，积极开展高温超导电缆的研发。1993年住友电气公司(SEI)和东京电力公司研制出7m、1kA三相交流铋系高温超导电缆，1999年完成30m、66kV/1kA单相铋系高温超导样缆，2000年和2002年又分别研制出30m、66kV/1kA和100m、66kV/114kV·A三相交流铋系高温超导电缆，进行了电缆冷却、额定通电、过负荷和耐压等试验。2004年，Furukawa电气公司(FEC)和电力工业中心研究所研制出500m、77kV/1kA单相铋系高温超导电缆，测试了地下、过河等环境下的性能。2008年，FEC、Chubu电力公司和Yokohama大学合作研制出10m钇系高温超导电缆。在日本2008～2012国家超导技术研究计划中，将15m、66kV/5kA和30m、275kV/3kA钇系高温超导电缆作为研发的目标，基于不同工艺制作的钇系高温超导线材分别由SEI和FEC负责，其中30m、275kV/3kA钇系高温超导电缆在FEC沈阳公司厂区进行了长期试验[8]。与此同时，2010年日本中部大学完成200m、±20kV/2kA 直流铋系高温超导电缆研制[9]，2015年10月又与SEI等企业合作,成功地在光伏电站与网络数据中心之间实现500m超导直流输电；而2012年SEI则将250m、66kV/200MV·A三相交流铋系高温超导电缆接入横浜市旭变电站[10]。

在韩国， 2001年启动 “二十一世纪高科技前沿计划”，制定了高温超导技术十年发展规划，开展高温超导电缆等研究。2005年，韩国电力公司与SEI合作，开发出100m、22.9kV/50MV·A交流铋系高温超导电缆，在13.2kV、1250A条件下进行试验。2011年，韩国电力公司与LS电缆公司、美国超导公司合作研制出410m、22.9kV/50MV·A三相交流钇系高温超导电缆，接入首尔市附近Icheon变电站长期运行，瞬时输送容量超过35MV·A[11]；2014年10月，在济州岛金岳变电站投运500m、±80kV直流钇系高温超导电缆。2016年3月，韩国电力公司与LS电缆公司联合研制出1km、154kV/600MV·A三相交流钇系高温超导电缆，安装在济州岛同一变电站内。

在欧洲，早在2001年丹麦NKT公司利用该公司铋系线材研制出30m、36kV/2kA三相高温超导交流电缆，进行并网运行实验。2014年5月，一条 1km、10kV/40MV·A三相交流铋系高温超导电缆线路连接德国埃森市两个变电站，投入商业化运行[12]。而俄罗斯电网公司则研发出860m和30m、±20kV/2.5kA铋系直流高温超导电缆，完成基础性能测试，计划2017年底进行长期耐受试验[13]。

3.2国内情况

1998年7月中国科学院电工研究所研制成功我国第一根1m、1200A直流铋系高温超导样缆，2000年12月又完成6m、2kA样缆，但两者均未设计电气绝缘。2004年，中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司合作研发出75m、10.5kV/1.5kA室温绝缘三相交流铋系高温超导电缆，安装在甘肃长通电缆公司为车间供电运行，进行了超过7000h的试验运行[14]。同年，北京云电英纳超导电缆有限公司也研制出33.5m、35kV/2kA室温绝缘三相交流铋系高温超导电缆，在云南昆明普吉变电站并网[15]。

2010年，国家电网公司拟建设km长度、110kV超导输电技术试验段，中国电力科学研究院与北京电力公司合作针对km长度、用于连接变电站、输电电压等级的超导输电线路完成总体设计，2013年8月研制出10m、110kV/3kA冷绝缘交流钇系高温超导电缆，构造了电缆及附件电性能、能耗和长期耐受等一站式试验平台，但后续工程并未实施。

2013年12月，上海电缆研究所研制出50m、35kV/2kA三相冷绝缘交流钇系高温超导电缆，安装在宝钢为其二炼钢车间电弧炉独立供电，电缆最大瞬时负荷电流2.2kA[16]；2016年，富通集团天津超导技术应用公司研制出百米长度、35kV/1kA冷绝缘交流钇系高温超导电缆，在中国电力科学研究院完成样缆载流和耐压性能测试；而江苏中天科技股份有限公司也研制出10m、220kV/3kA冷绝缘交流铋系高温超导电缆，进行了热稳定性等试验。

3.3发展趋势

整体上，国内外超导电缆研发及其输电技术应用表现出两个主要特征：

(1)交、直流兼顾，从中低压配网开始入手

重点发展配电(欧美)和220kV及以下电压等级输电(日韩)电缆及其应用技术，替换常规线路，满足城市负荷中心电能输送和可再生能源接入的需要。如美国正在研制1760m、13.8kV/2kA三相交流电缆，计划在新奥尔良市更换满负荷运行的地下常规电缆；韩国则在不断推进传统电网的更新换代，逐步采用超导线路建造首尔至济州岛的通电走廊。

(2)尝试新材料的应用，提高超导输电技术经济性

探索液氢、天然气等温区运行的可行性，实现能源的混合输送，以提高超导输电技术综合经济效益。早在2012年，俄罗斯就开始研究液氢制冷的MgB2直流超导电缆能源混输技术[17]；2016年，国家电网公司着手氢电混合超导输电技术可行性论证；2017年，日本中部大学在北海道石狩市构建完成1km、20kV/50MV·A液化天然气混输的直流超导电缆试验系统。

4 电网典型工程实践

4.1美国长岛LIPA项目

美国超导公司作为工程牵头单位，负责提供高温超导线材；Nexans负责电缆、终端制造；法国液空公司负责工程低温系统构建；长岛电力局负责安装和运行。项目一期研发出600m、138kV/2.4kA三相交流铋系高温超导电缆，安装在纽约州长岛电力局Holbrook变电站，是世界上第一条输电电压等级超导线路，2008年4月22日正式运行，可为约三十万户家庭供电。一期总投资5850万$,其中能源部资助2750万$。2012年，项目二期将其中的一相用钇系高温超导电缆替换，并设有中间接头。

LIPA超导输电线路如图3所示。其中电缆本体采用单相分体冷绝缘结构，沟槽敷设，超导用线量155km，户外终端；采用逆布雷顿模块化低温制冷装置，过冷液氮循环迫流冷却，低温恒温器漏热约1.31W/m；设计容量574MW，设计短路电流能力51kA@200ms，线路总体损耗1.2MW，仅占额定容量的0.2%。

图3 LIPA超导输电线路Fig.3 LIPA superconducting transmission line

4.2日本横滨与石狩项目

(1)250m、AC66kV/200MV·A超导配电线路

SEI负责提供铋系超导线材、电缆和终端制造，前川制作所负责工程低温系统制造，东京电力公司负责安装运行。2012年底联合研发完成， 是日本首个将高温超导电缆接入电网的超导输电项目。试验在神奈川县横浜市旭变电站实施，利用一台主变将154kV电力降至66kV，超导电缆连接到了其二次侧的送电部分，如图4所示。

图4 旭变电站内简化接线图Fig.4 Simplified power network diagram in Asahi substation

超导电缆基于SEI所开发的铋类高温超导线材，采用三相一体结构，缆径150mm，含一中间接头，Stirling制冷机冷却；额定电流1.75kA，过载电流2.6kA，设计短路电流能力31.5kA@2s，2kA载流条件下能耗0.8W/(m·相)。

(2)500m、DC1.5kA/100MV·A超导配电线路

2014年1月项目启动，由千代田化工建设、SEI、中部大学和SAKURA Internet组建日本石狩超导直流输电系统技术研究联盟共同研发，SEI负责电缆制作，中部大学负责技术研发，SAKURA Internet为用户，日本经济产业省投入约45亿日元，2015年底在光伏电站与SAKURA Internet网络数据中心之间完成超导直流线路的建设，如图5所示。

图5 SAKURA Internet数据中心直流超导输电线路Fig.5 DC Superconducting transmission line installed in SAKURA Internet data center

发电、送电、用电均采用直流最大限度地降低能耗。超导电缆采用铋系超导线材，双极结构，埋设于地下，设有中间接头；终端采用PCL引线，线损1.5W/m以下，2kW布雷顿制冷机冷却；先后进行了冷却、通流、能耗、压降损失等性能测试，引线和低温恒温器漏热分别约30W/kA和1.4W/m，液氮流量40L/min 时压力损失30kPa。

4.3韩国济州岛项目

项目由韩国电力公司牵头，LS电缆公司负责电缆设计制作，美国超导公司和苏南公司分别提供直流和交流超导电缆所需的钇系超导线材。在金岳变电站，2014年11月完成500m、±80kV/3.125kA 直流超导电缆的安装，是世界首个直流超导输电线路；2016年3月，在同一站内1km、154kV/3.75kA交流超导电缆投运，也是目前电压等级最高、长度最长的交流超导输电线路；周边网架线路连接如图6所示。

图6 金岳变电站周边简化接线图Fig.6 Simplified power network diagram around Hanlim-Geumak power station

直流超导输电线路进行了为期六个月的运行，电缆实际耐压等级±200kV。作为先期准备，2013年3月LS电缆公司对10m、±80kV/500MW超导电缆进行了型式试验，包括两个终端和一个中间接头。

交流超导输电线路进行了为期七个月的运行，电缆采用单相分体结构，设有中间接头，分段直埋和架空，设计短路电流能力50kA@1.7s；无缝铝质低温恒温器，过冷液氮循环冷却，制冷机冷量16kW@65K。接入电网前，韩国电力公司分别利用10m、100m样缆进行了临界电流、交流耐压、局部放电等性能测试。

4.4德国埃森AmpaCity项目

2011年9月项目启动，投资1350万欧元，由德国莱茵集团牵头，Nexans负责电缆、终端和配套限流器设计制作，卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)开展应用的技术经济性等研究；2013年3月，1km、10kV/40MV·A超导电缆在埃森市区开始铺设，连接德国埃森市Dellbrügge和Herkules两个变电站；2014年3月，成功接入电网并投入商业化运行。其周边网架线路连接如图7所示。

图7 AmpaCity项目超导输电线路简化接线图Fig.7 Simplified power network diagram of superconducting transmission line in AmpaCity project

高温超导电缆采用三相一体结构，隧道铺设，设有中间接头；线路与超导故障限流器连接，限流器设计短路电流能力20kA@100ms；为了降低成本，4kW低温制冷装置利用减压降温原理开环运行，工作温区67K，过冷液氮流量400g/s，压力10Pa。

5 超导电缆输电技术经济性分析

超导输电技术的特点使其可以在特定环境和特殊地域条件下，为传统输电技术无法实现的场合提供电力(能源)输送，具体如下：

(1)在现有输电网升级改造中用以取代部分受空间、容量等限制的常规电缆，解决未来大城市、高负荷密度地区供电的技术难题。

(2)山口、峡谷等输电走廊受限区域的电力输送。

(3)电力/燃料多种能源混合输运的新模式，为全球能源互联网建设提供了新的技术思路。

发展至今，高温超导电缆本体技术基本成熟，工程应用进入试验示范和商业化运行阶段。从经济性上看，目前高温超导材料价格高于常规材料近十倍；且需工作在低温环境，制冷等辅机系统的费用占有相当大的比重，这些因素都在一定程度上制约了高温超导输电技术的实用化进程。

特高压输电线路平均造价约数百万元/km，而超导缆线原材料之一的铋系超导带材市场价格约千元/(kA·m)，且存在液氮温区临界电流密度低、原材料成本高、价格难以下降等问题，相比之下钇系涂层导体性价比有较大上升空间，仅从原材料成本看其价格可接近数十元/(kA·m)，与目前铜的性价比基本相当，因此除小容量电缆外铋系超导电缆将逐步被钇系超导电缆所替代，但5～10年内超导电缆的价格可能仍将高于常规电缆。

如上所述，单纯考察超导电缆与常规输电线路的性价比，超导输电技术无疑处于劣势。但是，若充分发挥超导输电技术高载流、大容量的优势，在输电线路建设和升级改造过程中，通过使用超导电缆将线路电压等级降低1～2个等级，减小线路绝缘成本，减少和优化配置占用较大资源和土地面积的变电站，可提高效率、精简电网结构、降低运营与维护成本，实现输电工程总体造价的降低和经济性改善。

以德国埃森市10kV超导输电工程为例，KIT对常规110kV线路、常规10kV线路、10kV超导输电线路三种技术方案开展了总体技术经济性分析(以40年为寿命周期)，得到如下结论：以总净现值比较，10kV超导电缆总净现值(NPV)比传统110kV系统低9.2%，比传统10kV电缆系统高6.8%。不过，考虑到占地，地下热、电兼容性和系统损耗等因素，10kV高温超导电缆系统更有优势。

6 超导输电技术应用前景

中国南方电网公司正规划在深圳建设数百米长度高温超导配电线路，可行性论证已近一年；上海市经济和信息化委员会与上海市科学技术委员会也在筹划建设km长度、35kV交流超导输电示范工程; 俄罗斯则拟建设2.5km、±20kV/2.5kA超导直流输电工程。2018年，美国计划启动ComEd项目，建设一条4.2km、12kV/62MV·A三相交流超导输电线路；韩国计划启动Shingal项目，建设一条1km、23kV/50MV·A三相交流超导输电线路；印度计划启动PGCIL项目，建设一条100m、220kV/762MV·A单相交流超导输电线路。2019年，荷兰计划启动SuperNL项目，建设一条3.4km、110kV/190MV·A单相交流超导输电线路。可见，随着超导材料性价比的提高和超导应用技术的成熟，超导输电技术必将成为未来输电技术的一个重要发展方向。可以预测：①2020年前后超导输电技术将在城市电网改造、电网互联等方面得到小范围示范应用，实现短距离、大容量的电力输送；②2020～2030年超导输电技术成熟，可靠性提升，将在狭窄走廊主干电网、交/直流互联环网、可再生能源接入中发挥重要作用，在需求特殊且常规技术难以解决的一些场合获得工程应用及推广；③2030～2050年，实现输送液氢或液化天然气与输送电力有机结合的示范应用；更高临界温度或更高性能的新型超导体发现，超导物理和材料取得重大突破，超导输电技术走向规模化应用，“超导能源管道”的建设将改变传统能源与电力输送格局。

7 超导输电技术研发重点

就整体而言，国内外超导电缆输电技术在材料制备、基础研究、系统设计、电缆制作和系统应用技术等方面已有相当基础，但与常规电缆以及超高压、特高压输电技术相比，国内外超导输电工程数量仍然有限。除提高经济性外，工程应用过程中一些问题仍有待探究，涉及以下几个方面：

(1)电缆综合性能评估及部件技术的提升。电缆自身已无不可逾越的技术瓶颈，但传输密度、能耗等综合性能还有提升的空间；电缆接头技术以及管道修复和更换技术仍待突破；电缆及附件过程形变、局放等在线监测手段尚未成熟；电缆运行可靠性、全寿命周期成本等问题的研究有待深入。维持电缆长期运行需要准确地定义电缆设计和运行的规则。

(2)电缆及附件和线路试验技术的研究及其标准规范的建立。国际上在超导电缆部件生产、出厂检测、安装和系统集成过程中均无通用标准和规范可以遵循；IEC TC90: Superconductivity已颁布15项超导标准，仅涉及高/低超导线材的临界电流、损耗和RRR值的测试方法等；针对超导电缆，2012年TC90和TC20： Electric Cables共同委托CIGRE进行前期准备，相关标准仍在起草阶段；仅有日本Furukawa和韩国LS cable公司颁布了电缆部分性能测试的企业标准和规范。

(3)近期超导输电技术的应用方式及电缆技术条件的明晰。大容量超导输电技术近期适用场合和技术条件尚未明确：现有国内外超导输电示范工程一般为常规电网的替换或用做通流母排，均未长时间、满负荷运行；整体上尚未有基于超导输电特征的电网规划和建设。

(4)与其配套换流及变电技术的研究。涉及与超导电缆容量匹配的高载流/大容量换/变流站一次设备及考虑电缆特性的监控、继保等二次设备，包括站内规划、环境评估、高载流变压或换流器设计等。

(5)电缆及线路运行稳定性与继保体系的形成。基于超导电缆故障过程中各外特性参数变化规律掌握不足，需要提出故障机理及测寻方法、特性分析与阈值整定以及超导线路的实用化保护策略；掌握低温、高压、真空环境下的干扰抑制、信号识别和数据处理技术，获得与传统继电保护系统的匹配与配置方法；建立含超导设备电网动态稳定性、经济运行、优化控制和安全保障理论，以确保运行高效、可靠。

(6)电缆铺设、线路建设与运维技术的深入研究。建成的超导输电试验示范工程数量少，运行年限相对较短，工程建设和运行维护经验缺乏，线路接入、运行技术和过程施工与质量管控技术缺乏，技术积累与规模化应用的需求存在一定差距。

8 结论

超导输电技术在提高线路输送能力、优化电网结构、降低网损、减少设备用地等方面有着明显优势。经过二十多年的发展，高温超导电缆本体技术基本成熟,超导输电应用已进入试验示范和商业化运行阶段,其中德国埃森AmpaCity项目为超导输电技术的应用方式提供了良好启示。可以预见，未来20～30年超导输电技术将逐步走向规模化应用，势必改变传统电力输送格局。目前，国内外研发交、直流兼顾，从中低压配网应用入手，尝试采用新材料和能源混输。若将实现规模化应用还须进一步提高超导输电经济性，提升电缆及附件实用化性能，建立技术标准规范，明晰应用条件并丰富基建运维经验。

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Applicationsofsuperconductingpowertransmissioninpowergrid

QIU Ming

(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

The technology of superconducting power transmission has obvious advantages in terms of enhancing the transmission capacity, optimizing the grid structure, decreasing the losses and saving the land resources. The latest progress on high-Tcsuperconducting power cable and typical engineering examples of superconducting power transmission were reviewed in the paper. The trend of the technological development itself was summarized by analyzing the activities in the world. Potential applications in power grid were discussed by considering its technological and economic feasibility. The key points of R&D on superconducting power transmission were suggested for large-scale applications in the future.

superconducting power cable; power transmission; engineering application; economical feasibility; reliability

10.12067/ATEEE1707030

1003-3076(2017)10-0055-08

TM725

2017-07-10

国家电网公司科技项目(DGB17201400202)

丘 明(1970-), 男, 新疆籍, 教授级高级工程师， 博士， 研究方向为超导电力、 电工装备及新材料应用技术。