超导电力装置的特点及国际发展动态

　　超导电力装置的特点及国际发展动态
　　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。但是，由于超导绕组必须运行在液氦或液氮温区，同时又因超导绕组电流密度大，给电机的设计、制造和运行带来一系列新的技术问题。例如，大电流密度和高磁场的超导电机绕组设计和电磁计算，超导绕组的阻尼屏蔽结构，超导绕组的稳定性和失超保护，超导绕组低温容器的真空绝热和密封技术，超导绕组冷却技术，以及高速旋转下冷却介质输运技术等都需要研究和解决。
　　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。
　　迄今为止，所研制的超导同步发电机只是转子励磁绕组采用超导线圈，电机的定子绕组一般仍然采用常规的铜绕组。这是因为电机的定子绕组是在50Hz工频下运行的，而超导体在交流运行条件下存在交流损耗。日本自1988年开始进行超导同步发电机研究，已研制出一台励磁绕组采用NbTi超导线绕制的70MVA超导同步发电机。这台电机采用超临界氦冷却，并于1997年成功地进行了试验。原计划准备在这基础上进一步研制200MVA超导同步发电机，但至今未进行。