1.2公里超导电缆如何破解百万居民的用电难题

发布日期：2022-11-17 06:38 浏览：

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为展示上海经信人敢为先锋、先行探索、带头突破，从11月开始，上海市经信工作党委、上海市经信委与人民网上海频道开辟专栏，报道上海产业抢抓绿色低碳、元宇宙、智能终端、数字经济新赛道，积极布局未来产业的典型案例和生动场景，用更具创造性的探索和实践，呈现“精神伟力”的奋斗画卷、“思想伟力”的精彩答卷和“实践伟力”的壮丽长卷，演绎中国式现代化。

徐汇区位于上海市中心城区的西南部，这里高楼与窄巷并行，商圈与民居交融，54.93平方公里内常住人口超过110万人。在这里，电力负荷密度高达2.7万千瓦，相当于上海平均电力负荷密度的5倍。

近年来，超大城市中心区地下管廊资源紧张与用电负荷攀升的矛盾愈发突出，对电网建设的可持续性发展提出了更高的要求。如何破题？超导输电提供了一种新的思路。

以一“打”六，“出招”便惊艳

2021年12月22日，国家电网公司在上海兴建的世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程正式投运。该示范工程位于上海市中心，连接徐汇商业核心区两座220千伏变电站，总长1.2公里，额定电流2200安培，电能辐射整个辖区内的4.6万户用户。

“选址徐汇，一方面是因为这片区域的电力负荷密度高，满足了工程建设的迫切性，另一方面，两座相对距离较小的220千伏变电站为工程的顺利建成投运提供了必要的场景条件。”国网上海市南供电公司总工程师宗明介绍，超导电缆具有损耗小、容量大等优势，“超导输电，是在零下196摄氏度的液氮环境下，利用超导材料的超导特性，使电力传输介质接近于零电阻，电能传输损耗趋近于零，从而实现低电压等级的大容量输电。不仅如此，一条超导电缆，相当于4到6条相同电压等级传统电缆的输电容量，并能节省70%的地下管廊空间，因此，特别适用于将大容量电能安全高效地输送到寸土寸金的城市中心区域。”宗明表示。

2020年10月20日，国网上海市南供电公司施工人员正在引导超导试验段电缆牵拉通过1处90度横向转角。

然而，要建成这样一项高难度的电网工程，也少不了前期的技术论证工作。“我们为超导电缆量身定制各种施工工艺和敷设机械，超导电缆结构与传统电缆不同，对通道的精度和环境要求也较高！”国网上海市南供电公司项管中心副主任王明俊介绍。为此，市南公司还开展试拉试验，现场包括一段纵向高差3米的电缆沟桥和1个90度水平转角通道，复原了实际电缆敷设中难度最大的路段。“超导电缆试拉试验的成功，意味着超导电缆敷设环节技术的重大突破，弥补国内相关技术空白。”王明俊说。

技术通关还不够，地处城市核心区域的徐汇区，在实际施工过程中还面临着多方协调的问题。“35千伏公里级超导电缆的运行毕竟是首次，周边居民势必会有各种疑虑，我们通过例如居民接待日等多种方式，让大家对超导电缆有了进一步的认知，不断推进整个工程的建设。”王明俊表示，通道能够顺利建成，有力的保障了超导电缆的成功投运，是建设者群策群力的结果。

填补空白，解决“卡脖子”难题

随着经济的快速发展，大型城市电力负荷密度不断提升，但受制于输电通道资源有限，城市中心电网“卡脖子”现象日益突出，超导电缆示范工程的建设与投运，为破解城市中心电网负荷“过热”的矛盾提供了一个“最优解”。

那么，“最优解”都优在哪？国网上海市南供电公司总师室科技专职段若晨总结了超导电缆示范工程的四大突破。

在关键技术研究方面，成功研发了大长度三相统包超导电缆及系列装备，突破了大长度绝热管制造、大长度超导带材绕包接续、大温差终端绝缘设计等一系列装备制造的瓶颈，实现超导电缆及其生产装备自主可控。段若晨表示，“这是实现超导输电工程的产业化发展的第一步！”

2021年12月22日，世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程在上海正式投运，国网上海市南供电公司运维人员正在开展现场巡视工作。

在工程建设方面，在全世界首创超导电缆全程排管冷缩补偿方法，将超导电缆从常温到低温时的材料收缩影响降至最低。通过自主研发的超导电缆敷设监控系统及专用工器具，在电缆试拉试放环节获取了敷设关键技术参数，破解了狭小空间内全程排管敷设大坡度、多转角等难题。“目前国内乃至国际上投运的超导电缆中，全部为短距离试验或直线点对点供电用途，无需考虑复杂环境下的电缆敷设需求及技术标准，间接导致了该领域的参数空白。”而在试拉试验过程中，现场的90度转角电缆井及直线井内都均匀分布着安装上压力传感器的辅助滚轮，不间断地测量并记录每一个转弯前后、穿管前后、模拟过桥前后的牵引张力及侧压力大小，填补了多项国际标准空白。

在标准创新方面，也实现了多个从无到有——围绕超导电缆的规划设计、运行维护、继电保护、施工、试验及验收布局了20余项国际和行业标准的申报计划，累计申请30余项发明专利。

在实际应用方面，有效解决了窄通道大容量输电的难题，为城市电网今后的升级改造提供了一种全新的解决方案。

“这项工程核心技术国产化率达100%，目前是世界上距离最长、输送容量最大的全商业化运行35千伏超导电缆输电工程，不久的将来，还会有五公里甚至是更长超导电缆实施的设想！”段若晨说。

是里程碑，也是新起点

今年夏天，上海高温天气持续时间创下历史新高，7月29日，国网上海市电力公司组织所属相关单位开展超导电缆大负荷试验，通过连续9小时1000安以上、最大1289安的大负荷运行，初步验证了超导电缆带大负荷运行的能力。“当最大负荷超过56%，就能覆盖超低温冷却带来的能耗问题。”国网上海市电力公司高级专家、国网上海市南供电公司运检部主任助理王晓东介绍，截至今年7月末，这条公里级超导电缆已连续稳定运行超过8个月，日常运行负荷稳定在700～800安的区间内，距设计最高2200安的带负荷能力仍有较大裕度。

2022年7月29日，国网上海市电力公司组织所属相关单位顺利完成超导电缆大负荷试验。

“在日常运行情况下，超导电缆的载流量相当于4～6根同电压等级普通电缆。”王晓东表示，超导输电完全可以解决大城市电网“窄通道大容量”的输电难题。

在这项示范工程敷设的超导电缆结构中，核心采用二三十根仅0.4毫米厚、极为纤弱的第二代超导带材，该材料从设计到生产制造完全实现国产化。除了在装备上拥有完全自主的知识产权之外，此项工程还在全程排管敷设工艺以及系统运维稳定性等方面融入了具有中国特色的创新突破，并在国际上引领多项技术标准的制定。

国网上海电力一直以来都是全球观察中国电力的窗口，超导电缆的成功应用，大大增强了中国制造的信心。目前，上海市已形成超导电缆的完整产业链，示范工程是一个里程碑，也是一个新起点。“这是国内新型电力系统建设领域的一项重大核心技术突破。”宗明表示，“未来，我们还将在公里数和电压等级上继续探索，发掘超导电缆更多的应用场景，将绿色低碳的理念融入到发电、输电、供电、用电的每一步。” （图片均由国网市南公司提供）

专题：强国新赛道踏上新征程——学习贯彻二十大上海经信在行动 

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