中國電器工業(yè)專家——220kV超導(dǎo)限流器是世界級的創(chuàng)新成果

近幾年，超導(dǎo)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，超導(dǎo)限流器作為電力系統(tǒng)限制短路電流的一種有效措施受到更加廣泛的重視。

日前，記者就這個領(lǐng)域的現(xiàn)狀與前景，專訪了中國電器工業(yè)協(xié)會常務(wù)副會長楊啟明及該會智能電網(wǎng)設(shè)備工作委員會秘書長王琨。在訪談中，他們作了詳實系統(tǒng)的闡述，許多觀點和表述體現(xiàn)于前文，這里再節(jié)錄其中之精華以饗讀者。

超導(dǎo)限流器將是電力系統(tǒng)超導(dǎo)電性的第一用途

楊啟明告訴記者，我國電力工業(yè)的發(fā)展趨勢是：電力系統(tǒng)的容量越來越大，電網(wǎng)向超大規(guī)模方向發(fā)展；電網(wǎng)越大，對電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性的要求就越高；電力系統(tǒng)容量快速增大將導(dǎo)致電網(wǎng)短路功率及故障短路電流的迅速增大。由于一般情況下電力系統(tǒng)短路電流可達額定電流的20倍，有可能出現(xiàn)故障電流超過現(xiàn)有斷路器的分斷能力，并使電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的安全系數(shù)設(shè)計值越來越大，從而大大降低了電力系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，如何有效地控制故障電流并降低斷路器分斷容量，是當(dāng)前電力系統(tǒng)面臨的重要課題。同時，隨著信息技術(shù)和微電子技術(shù)日益廣泛地向工業(yè)和人們生活的各個領(lǐng)域中滲透，人們對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。電能質(zhì)量問題對用電設(shè)備的影響很大，瞬態(tài)電能質(zhì)量問題雖然持續(xù)時間很短，但會致使敏感制造設(shè)備或生產(chǎn)設(shè)備停機，導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生，造成生產(chǎn)、時間、最終是經(jīng)濟上的巨大損失。

他說，采用超導(dǎo)故障限制器（以下簡稱超導(dǎo)限流器）則是解決以上問題的一個很好的途徑。新近發(fā)展的超導(dǎo)限流器具有極為獨特的優(yōu)點而為世界各國所矚目。

特別是高溫超導(dǎo)材料迅速發(fā)展以后，專家們預(yù)言超導(dǎo)限流器將是電力系統(tǒng)超導(dǎo)電性的第一項用途。

楊啟明闡釋，超導(dǎo)限流器能快速、平穩(wěn)、有效地限制短路電流，解決其對系統(tǒng)和電氣設(shè)備的危害，減少經(jīng)濟損失，降低電網(wǎng)建設(shè)成本，促進電力發(fā)展。超導(dǎo)限流器的研究及應(yīng)用將標志著我國電力工業(yè)水平又邁上一個新臺階，對電力工業(yè)發(fā)展具有重大意義。正因此，國家科技部于2006年在863計劃中設(shè)立了《220kV/800A高溫超導(dǎo)限流器的研究與開發(fā)》課題。據(jù)我所知，天津百利機電控股集團與北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司、天津市電力公司三方合作，依托國家863計劃課題，已成功制造出世界第一臺220kV飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器，并于2012年底成功掛網(wǎng)運行。半年的良好運行表明，這臺目前世界上電壓等級最高、容量最大的超導(dǎo)限流器，具有穩(wěn)態(tài)低阻，限流高阻，自動響應(yīng)，快速恢復(fù)的特點，各項性能指標都達到了設(shè)計要求，通過了國家科技部組織的驗收。這標志著我國超導(dǎo)限流器的研發(fā)和制造，已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平，并且具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

超導(dǎo)限流器發(fā)展前景好 市場容量大

高溫超導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用將成為21世紀世界科技領(lǐng)域的制高點，更是全球經(jīng)濟新一輪發(fā)展的驅(qū)動力，楊啟明如是說。超導(dǎo)電力技術(shù)涉及電氣工程、物理學(xué)、材料科學(xué)、低溫工程和自動控制技術(shù)等多門學(xué)科，是多學(xué)科交叉的一門新技術(shù)。超導(dǎo)電力技術(shù)與電氣科學(xué)及工程聯(lián)系十分緊密，許多有待研究的關(guān)鍵技術(shù)都包含在目前電工科學(xué)所涵蓋的內(nèi)容，如電能的產(chǎn)生、傳輸與儲存、低溫下的高電壓與電氣絕緣、基于電磁學(xué)的電氣設(shè)備、低溫下的電工測量與傳感器、強場環(huán)境電磁學(xué)等，超導(dǎo)技術(shù)與電工學(xué)科的結(jié)合，勢必進一步推動電工科學(xué)與工程的進一步的發(fā)展。超導(dǎo)電力技術(shù)是一門有廣泛應(yīng)用和巨大發(fā)展?jié)摿Φ母呒夹g(shù)領(lǐng)域，是當(dāng)代電工科學(xué)與工程重要的研究領(lǐng)域，也是目前國際科技發(fā)展的重要前沿。

另外，由于美國、加拿大出現(xiàn)大面積停電而造成巨大的經(jīng)濟損失，美國、歐盟、日本等國家對電網(wǎng)互聯(lián)安全性和運行可靠性的重視程度不斷提高，超導(dǎo)限流器在國際市場潛在需求也不斷上升。

超導(dǎo)限流器是一項發(fā)展前景良好、市場容量巨大的產(chǎn)品，加之目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)該產(chǎn)品的企業(yè)數(shù)量不多，市場廣闊，具有良好投資性。

220KV超導(dǎo)限流器的研制與掛網(wǎng)堪稱是這個領(lǐng)城第一個敢吃螃蟹人

王琨秘書長對記者說，飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器的結(jié)構(gòu)和原理比較簡單，實際上就是一臺電抗器繞了一個直流繞阻，通過串聯(lián)一個比較小功率的電源形成一直流系統(tǒng)，在電網(wǎng)正常情況下也就說沒有短路故障電流時，鐵芯呈飽和狀態(tài)，對電網(wǎng)是一條通路，一旦發(fā)生或檢測到系統(tǒng)有短路故障電流時，迅速切斷直流電源，瞬間也就是幾個毫秒時間，限流器由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)換成不飽和狀態(tài)，變成一個巨大的電場來消納短路故障電流。

他說，電抗器本身是一個比較成熟的產(chǎn)品，從運行角度來講節(jié)能、穩(wěn)定。超導(dǎo)限流器最理想化的類型是電阻型超導(dǎo)限流器，相當(dāng)于串聯(lián)一個大電阻，在呈超導(dǎo)態(tài)時電阻為零，一旦失超就變成一個大電阻來吸納短路故障電流，但它有一個缺陷，就是從失超到超導(dǎo)恢復(fù)時間長，如果要達到飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器恢復(fù)時間水平，從技術(shù)層面還要有很長的研究時間。其他類型的產(chǎn)品也是如此。所以，在國際國內(nèi)研究超導(dǎo)限流器的很多，包括我國中科院在內(nèi)多是在中壓層面或試驗室層面，目前，只有天津百利機電控股集團與北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司、天津市電力公司三方合作研制的220kV飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器真正接入了電網(wǎng)運行。這也說明了三方合作研發(fā)的勇氣與底氣。因為，電壓等級越高國家電網(wǎng)對此應(yīng)用就越慎重，220kV電壓等級電網(wǎng)不像35kV電壓等級電網(wǎng)，35kV等級電網(wǎng)運行失敗只是造成局部損失，220kV電壓等級電網(wǎng)一旦帶載運行失敗會給整個電網(wǎng)帶來巨大的損失，像美加大面積停電等。從220kV超導(dǎo)限流器的研制、推廣來看，前所未有，敢為天下先，稱得上是第一個敢吃螃蟹的人。