Superledende kabler, som en ny generation af krafttransmissionsteknologi, er blevet et kraftfuldt værktøj til at løse strømforsyningsflaskehalse i bykerneområder og fremme grøn transformation af elnettet på grund af deres nulmodstand, lave tab og store kapacitetskarakteristika. Dens drift er dog afhængig af ekstreme lavtemperaturmiljøer (ca. -196 grader) og præcisionskontrolsystemer, der involverer flere tekniske udfordringer såsom lavtemperaturvedligeholdelse, bratkølingsbeskyttelse og mekanisk tilpasning. Nedenfor vil vi uddybe nøglepunkterne og den praktiske erfaring med superledende kabeldrift fra tre dimensioner: hvordan man stabiliserer kerneproblemerne og reaktionspraksis, hvordan man standardiserer driftsprocessen, og hvordan man reparerer typiske problemer og løsninger, kombineret med faktiske tilfælde.
1, Kerneproblemer og praktiske løsninger til drift af superledende kabler
(1) Vedligeholdelse af lav temperatur miljø: stabiliteten af flydende nitrogen system er "livline" af driften
Superledende materialer kræver et miljø med flydende nitrogen (-196 grader ) for at udvise nul modstandskarakteristika, og derfor er opretholdelse af et lavtemperaturmiljø den primære opgave. Kerneudfordringerne ligger i styringen af varmelækage i cirkulationssystemet for flydende nitrogen (miljømæssig varmeindtrængning kan forårsage fordampning af flydende nitrogen, forstyrre lavtemperaturforhold), effektiv drift af køleenheden (kræver kontinuerlig genopfyldning af kølekapacitet) og dynamisk balance mellem systemtryk og flowhastighed.
Beskæftiger sig med praksis:
1. Flerlags isoleringsdesign: Kabelhuset er pakket ind i et dobbelt-lag fleksibelt vakuumisoleringsrør for at reducere ekstern varmeindtrængning (såsom isoleringsrørdesignet i Shanghai 35kV demonstrationsprojektet, som kun har 1/10 af varmetabet fra traditionelle kabler);
2. Multimaskine parallelt kølesystem: Flere køleenheder er konfigureret til at køre parallelt, og antallet af enheder, der skal tændes, justeres dynamisk i henhold til kravene til kølekapacitet (Shenzhen 10 kV-projektet bruger indenlandsk producerede GM-køleenheder med stor kølekapacitet til at løse problemet med effektiv varmeudveksling i små rum);
3. Realtidsovervågning og redundant backup: Temperatur-, tryk- og flowsensorer er indsat ved nøgleknudepunkter for kabelindgange, -udgange og køleenheder (9 arbejdsbrønde er opstillet i Shanghai, hver udstyret med udstyr til overvågning af flydende nitrogen). Når abnormiteter er opdaget (såsom temperatur over ± 2 grader), startes backup-køleenheden straks for at sikre et stabilt-lavtemperaturmiljø.
(2) Overspændingsbeskyttelse: et teknologisk spring fra "passiv strøm-fra" til "aktiv selvgendannelse"
Overophedning (fænomenet med, at superledende materialer pludselig genopretter modstand på grund af temperatur, strøm eller magnetfelt, der overstiger kritiske værdier) er den mest alvorlige driftsfejl af superledende kabler, som kan føre til lokal overophedning, isolationsskader og endda udbrændt udstyr. Traditionelle beskyttelsesmetoder er afhængige af hurtige strømafbrydelser, men kan føre til strømafbrydelser og påvirke brugeroplevelsen.
Beskæftiger sig med praksis:
1. Multiparameter fusionsovervågning: Realtidsindsamling af kabeltemperatur-, strøm- og spændingsdata gennem fiberoptisk temperaturmåling, strømsensorer og spændingstransformatorer (Shenzhen-projektet implementerede fiberoptiske vibrationsmålingsenheder langs kabellinjen på 400 meter for at opnå temperaturføling på millimeterniveau);
2. Intelligent slukningsbeskyttelsesenhed: Udviklet en integreret enhed til "quench trip self recovery". Når en pludselig stigning i modstanden (såsom overskridelse af 0,1 m Ω) detekteres, afbryder enheden fejlstrømmen inden for 10 millisekunder og køler hurtigt ned gennem kølesystemet, hvilket tillader det superledende materiale at gå ind i den superledende tilstand igen (Shanghai Engineerings beskyttelsesenhed har opnået selvgendannelse efter 3 quench-strømforsyninger);
3. Elektromagnetisk ringnetværksdesign: Konstruer redundante strømforsyningsstier på netsiden, og oprethold strømforsyningen gennem ringnetværksskift under strømafbrydelser (Shenzhen-projektet er forbundet til det dobbelte strømringnetværk i Futian Central District, og belastningsoverførselshastigheden under strømafbrydelser når 100%).
(3) Mekanisk præstationstilpasning: 'Fleksibilitetsudfordringen' i installation og drift
Superledende kabler består af flere lag såsom superledende tape (kun 0,4 millimeter tykke), bufferlag og beskyttende lag, og deres mekaniske styrke er meget lavere end traditionelle kobberkabler. For stor trækkraft, lille bøjningsradius eller vibrationer under installationen kan forårsage strimmelbrud eller delaminering af mellemlag.
Beskæftiger sig med praksis:
1. Tilpasset lægningsproces: Bestem nøgleparametre gennem 1:1 simuleringseksperimenter (såsom Shanghai Engineering, der gengiver det komplekse miljø i det centrale byområde i Wujing Town, Minhang District, måling af den maksimalt tilladte trækkraft af det superledende kabel til at være 8kN og den mindste bøjningsradius til at være 1,5 meter);
2. Specialiseret lægningsudstyr: forskning og udvikling af udstyr til lægning af små vinkler og store dråber (såsom Shenzhen-projektet, der bruger "muddervandbalance-toprøret" og "bypass med stor vinkel"-processer til at løse problemet med smalle underjordiske rørgallerier i gamle byområder);
3. Dynamisk spændingsovervågning: Realtidsovervågning af kabelspænding under lægningsprocessen (fiber-Bragg-gittersensorer bruges i Shenzhen-projektet, og automatiske alarmer udløses, når spændingsafvigelsen overstiger ± 5%), og vibrationsovervågning gennem intelligente jordstuds under drift (vibrationssensorer er installeret i alle 9 arbejdsbrønde i Shanghai-projektet, når vibrationsdæmpning og aktivering af stødabsorbering overstiger Shanghai-projektets hyppighed, 10 Hz).
(4) Isolering og termisk styring: En dobbelt test af "lav temperatur + høj spænding"
Superledende kabler fungerer i et miljø med flydende nitrogen (-196 grader) og skal modstå spændinger på 35 kV eller endnu højere. Isoleringsmaterialet skal have både lav-temperatursejhed og højspændingsmodstand. Derudover kan kabelterminaler (grænseflader forbundet til det konventionelle elnet) opleve lokale høje temperaturer på grund af varmelækage, hvilket kan påvirke isoleringsydelsen.
Beskæftiger sig med praksis:
1. Kompositisoleringsdesign: Brug af en sammensat isoleringsstruktur af faste isoleringsmaterialer (såsom epoxyharpiks) og flydende nitrogen (isoleringslagets tykkelse af Shanghai 35kV kabler er kun 20 mm, og koronamodstanden er dobbelt så stor som traditionelle kabler);
2. Terminalisoleringsoptimering: Terminalen anvender en vakuum-flerlagsisoleringsstruktur (den terminale varmelækagehastighed i Shenzhen-projektet er mindre end 0,5 W/m, hvilket er 30 % lavere end den internationale standard), og lav-temperaturlim fyldes ved grænsefladen for at forhindre isoleringshuller forårsaget af fordampning af flydende nitrogen;
3. Regelmæssig isolationstestning: Brug et megohmmeter til at måle den primære isolationsmodstand hvert kvartal (med et krav på større end eller lig med 1000M Ω), og udfør årlige dielektriske tabstest (den trefasede dielektriske tabsfaktor i Shanghai Engineering er alle<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, Standardiseret driftsproces for superledende kabler
Driften af superledende kabler skal nøje følge fire-trins-processen med "drift og vedligeholdelse af testnetforbindelse før køling", og nøgleparametre skal registreres ved hvert trin for at sikre sporbarhed.
(1) Forafkølingstrin: gradvis afkøling fra stuetemperatur til -196 grader
Forkøling er et kritisk trin i start af drift, og det er nødvendigt at undgå termisk spændingsskader forårsaget af hurtig afkøling (såsom superledende tapebrud eller fugeløsning). Den specifikke proces er som følger:
1. Systemevakuering: Brug en vakuumpumpe til at evakuere kablets indre rørledning til en vakuumgrad på 1 × 10 ⁻ ³ Pa, fjern urenheder (såsom fugt og luft) og forhindre blokering af rørledningen ved lave temperaturer;
2. Nitrogenblæsning: Blæs langsomt rørledningen med stuetemperatur nitrogen (flowhastighed mindre end eller lig med 5m³/h) for yderligere at fjerne resterende urenheder;
3. Forkøling af flydende nitrogen: Injicer flydende nitrogen med en hastighed på 0,5 grader/min og sænk gradvist kabeltemperaturen (forafkølingstiden for Shanghai-projektet er 48 timer, og den endelige temperatur stabiliserer sig på -196 grader ± 2 grader).
(2) Flowtest: en praktisk øvelse til at verificere den nominelle strømbærende kapacitet
Når forkølingen er afsluttet, skal kablets strømbærende kapacitet verificeres gennem en strømbærende test. Eksperimentet anvender den "nuværende superpositionsmetode":
1. Trefaset kortslutning for enden af kablet, tilslut en spændingsregulator i begyndelsen, og øg gradvist strømmen (startende fra 10% af den nominelle strøm, stigende med 10% hvert 30. minut);
2. Overvåg spændings- og strømfaserne for hver fase (med en påkrævet faseforskel på mindre end eller lig med 5 grader), såvel som temperaturen (med en udgangstemperatur for flydende nitrogen på mindre end eller lig med -190 grader C);
Når strømmen når den nominelle værdi (såsom mærkestrømmen på 2160A for et 35kV kabel i Shanghai) og stabiliserer sig i 24 timer, er testen kvalificeret.
(3) Netforbundet drift: 24/7 garanti for "online overvågning + intelligent drift og vedligeholdelse"
Efter nettilslutning skal følgende parametre overvåges i realtid- gennem en online overvågningsplatform:
1. Flydende nitrogensystem: indløbstryk (0,3-0,5MPa), udløbstemperatur (-196 grader ± 2 grader), flowhastighed (10-15L/min);
2. Elektriske parametre: strøm (mindre end eller lig med nominel værdi), spænding (± 5% nominel spænding), dielektrisk tab (mindre end eller lig med 1%);
3. Miljøparametre: arbejdsbrønds temperatur og fugtighed (temperatur mindre end eller lig med 30 grader, luftfugtighed Mindre end eller lig med 70%), vibration (mindre end eller lig med 5Hz).
Drifts- og vedligeholdelsesteamet anvender en "tre-dimensionel inspektion+centraliseret overvågning"-tilstand: daglig manuel inspektion af arbejdsbrønden (kontrollerer, om isoleringsrøret er frostet, og om kølemaskinen kører unormalt), ugentlig analyse af onlineovervågningsdata (hvis den flydende nitrogenstrøm svinger med mere end ± 10 %, skal temperaturen kontrolleres i rørledningen og skal måles infrarødt i rørledningen), Mindre end eller lig med -180 grader er normalt).
(4) Regelmæssig vedligeholdelse: forebyggende vedligeholdelse af "statusvurdering+komponentudskiftning"
Omfattende vedligeholdelse er påkrævet hvert driftsår:
1. Evaluering af isolationsydelse: Mål den primære isolationsmodstand (Større end eller lig med 1000M Ω) og dielektrisk tabsfaktor (mindre end eller lig med 0,5%);
2. Inspektion af mekanisk ydeevne: Kontroller, om der er revner i det superledende bånd gennem røntgeninspektion (der blev ikke fundet skader på båndet under den 3-årige drift af Shanghai-projektet);
3. Vedligeholdelse af kølesystem: udskift køleolie, ren varmeveksler (vedligeholdelsescyklussen for kølemaskine i Shenzhen-projektet er 2000 timer).
3, Mulige problemer og modforanstaltninger under drift
På trods af kontinuerlig teknologisk optimering kan drift af superledende kabel stadig opleve funktionsfejl på grund af miljøændringer, ældning af udstyr eller driftsfejl, og målrettede reaktionsstrategier skal udvikles.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 grader)
Årsager: Varmelækage fra isoleringsrøret (såsom beskadigelse af vakuumlaget), kølemaskinefejl (såsom slid på kompressoren) og blokering af pumpen til flydende nitrogen (akkumulering af urenheder).
svar:
1. Undersøg omgående udseendet af isoleringsrøret (frostområder kan være lækagepunkter), brug en vakuummåler til at måle vakuumgraden af isoleringslaget (<1 × 10 ⁻ ² Pa is normal), and if the leakage point is small, seal it with low-temperature glue; If the leakage point is large, replace the insulation pipe;
2. Skift til backup-køleenheden (Shanghai-projektet er udstyret med 2 hovedkøleenheder og 1 backup-enhed, med en koblingstid på mindre end 5 minutter);
3. Sluk pumpen for flydende nitrogen, og blæs rørledningen tilbage med nitrogengas (tryk 0,2 MPa) for at fjerne urenheder (Shenzhen-projektet var engang blokeret af kobberspåner, der var tilbage under konstruktionen, men rørledningen blev genoprettet til normal efter blæst tilbage).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Årsager: Overstrøm (såsom pludselig stigning i brugerbelastning), lokal overophedning (dårlig kontakt mellem båndsvejsepunkter), magnetfeltinterferens (store motorer i nærheden).
svar:
1. Beskyttelsesanordningen udløses automatisk (Shenzhen-projektets turtid<10ms), cutting off the fault current;
2. Kontroller den aktuelle registrering (hvis der er en pludselig stigning i belastningen, kontakt brugeren for at justere el-planen; hvis der er et problem med svejsepunktet, svejs igen og test modstanden);
3. Start køleenheden for at accelerere køleprocessen (måltemperatur -196 grader ), og tilslut igen til nettet, efter at modstanden vender tilbage til 0 (Shanghai-teknik udløste engang et strømafbrydelse på grund af en pludselig stigning i belastningen, som automatisk genoprettede strømforsyningen efter 30 minutter).
(3) Problem 3: Kabelbåndsbrud efter lægning (såsom isolationsmodstand<100M Ω)
Årsag: For stor trækkraft (over 8kN), lille bøjningsradius (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5 kN/m).
svar:
1. Stop straks lægningen og brug optisk fiber til at detektere bruddets placering (nøjagtighed ± 1 meter);
2. Skær den ødelagte sektion af, udskift reservelisten (med samme model som den originale strimmel), svejs igen og udfør isoleringsbehandling (Shenzhen-projektet fik engang strimlen til at knække på grund af en lille bøjningsradius, og udskiftningen bestod testen);
3. Juster lægningsparametrene (såsom reduktion af trækhastigheden til 0,5 m/min og forøgelse af diameteren af bøjningsstyrehjulet).
