超导电缆系统关键技术与应用
超导能源管道研究现状及应用前景/邱清泉，滕玉平，靖立伟，肖立业
【摘要】超导电缆具有载流能力强、损耗低等优势，是长距离输电的良好选择，但低温制冷成本高、维护困难是制约其发展的重要瓶颈因素。氢气和天然气是低碳能源利用的重要载体，采用液化集输技术将有助于降低远距离输送成本。如果将超导输电与输氢和天然气相结合，利用液氢（liquid hydrogen，LH2）和液化天然气（liquefied natural gas，LNG）管道的低温环境来冷却超导电缆，将有望解决超导电缆在长距离输电中的瓶颈问题。文中介绍了近年来国内外电力/LH2混输超导能源管道和电力/LNG混输超导能源管道的研发现状和关键技术，分析其存在的问题，并对其发展趋势及应用前景进行了展望。论文工作对于电力和燃料输送通道的规划和建设具有一定指导意义。【关键词】能源管道；超导输电；超导电缆；低温燃料
强电强磁用第二代高温超导带材/黄荣铁，吴文静，李勇，张宁，祖浩文，刘志勇，蔡传兵
【摘要】第二代高温超导带材因其具有高临界温度、高上临界场、高临界电流密度、高不可逆场等优势，且运行温度和运行磁场均广于其他超导材料，这使得REBCO（REBa2Cu3O7-δ，RE为Y、Gd等稀土元素）高温超导带材在很多强电强磁应用场景下，都具备巨大的潜力。文中介绍了REBCO高温超导带材迈向实用化过程中遇到的关键问题及进展，包括人工磁通钉扎中心调制和高性能超导层厚化等难题；同时，还介绍了基于REBCO高温超导带材的高温超导电缆和管内电缆导体（cable-in-conduit conductors，CICC）在大电流传输和强磁体应用的进展。【关键词】高温超导；REBCO带材；磁通钉扎；厚膜；电缆；CICC
基于第二代高温超导带材的导体构型及缆线技术/崔晓彤，李文皓，徐茂川，李金宽，李永正，李敏娟，周迪帆，蔡传兵
【摘要】超导电缆是电力传输领域的革命性技术。为了利用第二代高温超导体稀土钡铜氧（rare earth barium copper oxide，REBCO）带材的优越性能，制造能在长距离传输中实现高载流、高效率的大电流电缆，对不同构型的高温超导电缆进行研究。文中系统梳理了典型高温超导电缆的结构特征，并对其拓扑结构设计、电磁特性及制造工艺进行系统对比与评述，可为未来商业化的电网输电和可控核聚变等研究提供有价值的参考和指导。
【关键词】第二代高温超导带材；高温超导电缆；可控核聚变
高温超导电缆用低温复合绝缘材料工频击穿特性/李万麒，马韬，张凤银，黄有义，王邦柱，白新泉
【摘要】高温超导（high-temperature superconductivity，HTS）电缆凭借其高临界电流密度、低传输损耗和窄走廊占地需求，在电网大容量电力传输中展现出显著优势。超导电缆运行于低温环境，对主绝缘材料的选择和多种绝缘材料的相容性提出了苛刻的要求。以聚丙烯层压纸（polypropylene laminated paper，PPLP）和牛皮纸为基础材料，分别与聚酰亚胺（polyimide，PI）、聚芳酰胺纤维纸（Nomex）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）等材料复合，组成双层和三层复合绝缘材料样品，研究其在工频交流电压下的击穿特性。结果表明，PPLP、牛皮纸与PTFE组成的复合绝缘材料性能最为出色，其界面相容性优越，能有效分散电场集中，显著提升绝缘材料的击穿场强。为HTS电缆绝缘材料的优化设计提供了重要理论依据和试验数据支持，对推动HTS电缆实用化发展具有指导意义。
【关键词】高温超导电缆；复合绝缘；低温；工频击穿
高压预致密化对Bi-2212线材前驱粉末及线材性能的影响/徐晓燕，郝清滨，焦高峰，刘国庆，金利华，姚凯，张胜楠，李建峰
【摘要】针对高压预致密化过程中存在的铋锶钙铜氧Bi-2212（化学式Bi2Sr2CaCu2Ox）线材前驱粉末发生非平衡相变的问题，采用粉末装管技术制备了多芯Bi-2212线材，系统研究了高压预致密化处理（high-pressure pre-densification，OP-PD）对线材前驱粉末相组成及最终载流性能的影响。研究结果表明：在总环境压力为5.0MPa的OP-PD条件下，线材发生约3%的径向收缩。随着氧分压的升高，Bi-2212前驱粉末发生明显的部分分解，形成富Cu相区和富Bi相区。在完全高压热处理（over-pressure heat treatment，OP-HT）后，经OP-PD 预处理的线材芯丝致密度显著提高，第二相残留量明显减少。与未经OP-PD预处理、直接进行OP-HT的线材相比，其载流性能提升超20%。
【关键词】Bi-2212线材；高压预致密化工艺；前驱粉末；载流性能
传导冷却高温超导电缆的热负荷研究/李晓航，苏坤，杨勇
【摘要】高温超导电缆能够以低损耗传输大电流，已在多项示范工程中得到验证。多数示范工程普遍使用液氮冷却电缆，具有冷却剂成本低和运行维护方便等优点。但是，在某些应用场景，如安装在移动平台上时，使用挥发性低温液体受到限制或不能及时补充液体损耗，此时传导冷却成为可行方案。传导冷却依赖于固体传热，冷却效率低于液体浸泡，因此传导冷却电缆对热负荷极为敏感。为保证安全稳定运行，传导冷却电缆的热负荷在设计与研制阶段必须加以详细考察，获得定量结果，并与冷却功率相匹配。高温超导电缆的热负荷有3个主要来源：电缆本体发热、常导引线的电阻发热及传导热、外界环境向低温容器内传热。通过在西安电子科技大学的传导冷却高温超导电缆样机及配套实验平台上开展研究，获得了典型热负荷与制冷量数据，分析并初步掌握了计算热负荷所需参数，积累的运行及改进经验为后续实用型传导冷却高温超导电缆的开发创造了条件。
【关键词】高温超导电缆；高温超导带材；传导冷却；实验平台
10kV/10kA超导直流电缆设计及其电磁特性分析/李力，杨明臻，司文泽，徐颖，任丽，石晶
【摘要】与传统输电方式相比，超导直流输电使用第二代高温超导带材，可以在无电阻、小体积的情况下实现大容量电能输送，为未来电网建设提供了一种重要思路。针对大容量电力输送需求，以10kV/10kA超导直流电缆作为研究对象，详细介绍了高温超导直流电缆设计过程，分析了电缆的等效电路方程，明确电缆导体各层结构参数。以此为基础，建立超导直流电缆的3D电磁模型，分析每层超导带材的平行磁场与垂直磁场分布，探究超导带材的电磁特性，结合超导带材各向异性磁场对临界电流的影响，计算出每层超导带材中由磁场所导致的临界电流衰减，评估超导直流电缆的通流能力。最后，研制了一根长度为5m的10kV/10kA正负极同轴构型超导直流电缆样缆，并开展通流测试与绝缘测试。测试结果表明，样缆的各项技术指标满足设计要求。
【关键词】高温超导直流电缆；T-A方程；临界电流评估
堆叠式高温超导消磁电缆通电导体的结构优化与性能提升/王玉山，张旭明，杨柳春，包颖，李曼，张国栋
【摘要】文中研究了第二代高温超导钇钡铜氧（yttrium barium copper oxide，YBCO）带材在堆叠式消磁电缆通电导体中的电磁特性优化问题。基于麦克斯韦经典电磁理论构建了消磁电缆通电导体的三维堆叠电磁模型，在仿真平台上输入相关参数，通过堆叠模型的磁场分布云图和磁通密度模切面图，分析带材排列方式与电磁结构对电缆载流性能的影响机制。计算对比平行堆叠、交错堆叠两种典型排列方式的磁场分布特征，以实际测试数据验证仿真模型，检验交错堆叠排列的优势，随后采取交错堆叠通电导体结构，绕制多层超导带材，以进一步提升高温超导消磁电缆的临界电流。优化后消磁电缆的临界电流由3.7kA提升至4.2kA（+13.5%），研究结果为YBCO消磁电缆的工程化设计提供了理论依据与技术路径。
【关键词】高温超导电缆；堆叠式高温超导消磁电缆；麦克斯韦；电磁结构；仿真优化
磁偏置超导限流器低温制冷自持氮液化系统设计及验证/许红，胡咸军，诸嘉慧，丁开忠，张玉健，黄天亮，李俊
【摘要】针对磁偏置超导限流器低温杜瓦的自持需求，以及现有杜瓦的结构参数，进行了低温制冷自持氮液化系统的流程设计、漏热分析和结构设计，并设计了插拔结构的冷头换热结构、低温冷凝换热器。设计的磁偏置超导限流器低温液氮制冷系统完成了连续6个月的并网运行，试验结果表明：氮液化系统可实现长时间稳定运行，运行期间压力和温度分别维持在85kPa和75.9K上下，满足磁偏置超导限流器低温杜瓦的自持需求，研究方案提供了利用小型吉福德-麦克马洪（Gifford-Mcmahon，GM）制冷机作为冷源的超导限流器与超导电缆协调控制的可能性，减少对液氮的依赖，提升系统灵活性。
【关键词】超导限流器；氮液化系统；GM制冷机
三相交流高温超导电缆制冷系统/陶文兵，石国丽，张寒，余静薇，权福生，王晓东，韩云武，王沛，丁怀况
【摘要】超导电缆制冷系统的长期运行可靠性是实现其商业化应用的核心挑战。以上海徐汇区35kV高温超导电缆示范工程为背景，研制了一套具备多重冗余设计的制冷系统。该系统采用逆布雷顿制冷机、斯特林制冷机和抽空减压系统3种冷源协同运行，支持在线切换与维护；配置两套独立泵箱并联运行，实现液氮循环动力冗余；通过补液、补气及加热控压3种机制独立运行，保障系统压力稳定。截至2025年7月，该系统在严苛工况下持续运行超1200d。工程实践表明，多重冗余设计显著提升了超导电缆制冷系统的长期运行可靠性，为其商业化推广提供了关键技术支撑。
【关键词】制冷系统；超导电缆；过冷液氮；冷箱；泵箱
超导电缆在城市电网应用场景探究/宗曦华，魏小淤，孟毓，韩云武，黄逸佳
【摘要】随着社会的不断发展，城市的用电负荷增长快速。与之相对的，现有常规线缆传输能力已趋于传输能力上限，且城市内部供电通道和用地资源紧张，无法满足城市电网电力增容的需求。高温超导电缆作为一种利用高温超导材料制作而成的新型电力电缆，其具有传输电流大、损耗低、体积小、环境友好等优点，可有效解决城市电网增容与土地空间不足之间的矛盾。为探究超导电缆在城市电网中应用的可行性，基于现有城市电网的结构及增容过程中相应的难点，结合超导电缆的技术优势，分析其在城市电网中应用的可能场景。同时，针对不同的应用场景，对超导电缆与常规电缆在相同应用场景中的整体造价进行对比，为后续超导电缆在不同场景中的应用提供参考。
【关键词】超导电缆；城市电网；高负荷密度
上海35kV公里级高温超导电缆工程/韩云武，宗明，宗曦华
【摘要】近年来，全球范围内超导电缆工程应用取得显著发展，多条高温超导电缆线路并入商业电网运行。2021年12月22日，全球首条35kV公里级高温超导电缆工程（以下简称徐汇工程）在上海市中心城区之一的徐汇区正式投运，为该区约4.9万户居民供电，年供电超1.8×108kW·h。徐汇工程从多个角度展示并验证了超导电缆在大型城市输电网络建设的优势，文中主要介绍该工程的设计、建设及运行情况。
【关键词】高温超导电缆；工程设计；工程建设；运行情况
苏州同里高温超导直流电缆示范工程的压降与空间分析/张旭明，杨柳春，王玉山，包颖，李曼，张国栋
【摘要】在全球电能低碳化及新型电力系统构建的背景下，传统电缆因其损耗高、传输容量有限等问题难以满足需求，高温超导技术凭借其零电阻和高载流密度等优势成为关键突破方向。文中聚焦超导电缆技术，阐述其发展历程及工程应用，并重点分析苏州同里高温超导直流电缆示范工程的技术特点。该工程所用超导直流电缆基于自主研发的钇钡铜氧（yttrium barium copper oxide，YBCO）带材，采用正负极同轴结构，额定电流可达4500A，能够实现3.4MW功率传输。与传统线路方案对比，超导直流电缆的管廊空间占用仅为传统直流电缆的67.7%，且其供电模式灵活性、远期扩容能力及线路压降（降低99.9%）等方面优势显著。示范工程的并网运行，为高温超导技术在中低压配网直流电力传输中的实用化提供了工程经验与数据支撑，对推动新型电力系统建设及双碳目标实现具有重要意义。
【关键词】高温超导直流电缆；YBCO带材；中低压直流配电；高温超导输电技术
来源 | 上缆所传媒
编辑 | 房久仙
审核 | 何晓芳
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