Superledende kabler, som en ny generasjon kraftoverføringsteknologi, har blitt et kraftig verktøy for å løse strømforsyningsflaskehalser i urbane kjerneområder og fremme grønn transformasjon av kraftnettet på grunn av deres null motstand, lave tap og store kapasitetsegenskaper. Imidlertid er driften avhengig av ekstreme lavtemperaturmiljøer (ca. -196 grader) og presisjonskontrollsystemer, som involverer flere tekniske utfordringer som vedlikehold av lav temperatur, bråkjølingsbeskyttelse og mekanisk tilpasning. Nedenfor vil vi utdype nøkkelpunktene og praktisk erfaring med superledende kabeldrift fra tre dimensjoner: hvordan stabilisere kjerneproblematikken og responspraksisen, hvordan standardisere operasjonsprosessen, og hvordan reparere typiske problemer og løsninger, kombinert med faktiske tilfeller.
1, Kjernespørsmål og praktiske løsninger for drift av superledende kabler
(1) Vedlikehold av lavtemperaturmiljø: stabiliteten til flytende nitrogensystem er "livline" for driften
Superledende materialer krever et flytende nitrogenmiljø (-196 grader) for å vise null motstandsegenskaper, derfor er det å opprettholde et lavtemperaturmiljø den primære oppgaven. Kjerneutfordringene ligger i kontroll av varmelekkasje i sirkulasjonssystemet for flytende nitrogen (miljømessig varmeinntrenging kan forårsake fordamping av flytende nitrogen, forstyrre lavtemperaturforhold), effektiv drift av kjøleenheten (krever kontinuerlig etterfylling av kjølekapasitet), og dynamisk balanse mellom systemtrykk og strømningshastighet.
Håndtere praksis:
1. Flerlags isolasjonsdesign: Kabelkroppen er pakket inn i et dobbelt-lag fleksibelt vakuumisolasjonsrør for å redusere ekstern varmeinntrenging (som isolasjonsrørdesignet til Shanghai 35kV demonstrasjonsprosjektet, som bare har 1/10 av varmetapet til tradisjonelle kabler);
2. Parallelt kjølesystem for flere maskiner: Flere kjøleenheter er konfigurert til å kjøre parallelt, og antallet enheter som skal slås på justeres dynamisk i henhold til kravene til kjølekapasitet (Shenzhen 10 kV-prosjektet bruker innenlandsproduserte GM-kjøleenheter med stor kjølekapasitet for å løse problemet med effektiv varmeveksling i små rom);
3. Sanntidsovervåking og redundant backup: Temperatur-, trykk- og strømningssensorer er utplassert ved nøkkelnoder for kabelinnganger, -utganger og kjøleenheter (9 arbeidsbrønner er satt opp i Shanghai, hver utstyrt med overvåkingsutstyr for flytende nitrogen). Så snart unormalt oppdages (som temperatur over ± 2 grader), startes reservekjøleenheten umiddelbart for å sikre et stabilt-lavtemperaturmiljø.
(2) Overspenningsbeskyttelse: et teknologisk sprang fra «passiv strøm-av» til «aktiv selvgjenoppretting»
Overoppheting (fenomenet med at superledende materialer plutselig gjenoppretter motstand på grunn av temperatur, strøm eller magnetfelt som overstiger kritiske verdier) er den mest alvorlige driftsfeilen til superledende kabler, som kan føre til lokal overoppheting, isolasjonsskader og til og med utbrent utstyr. Tradisjonelle beskyttelsesmetoder er avhengige av raske strømbrudd, men kan føre til strømbrudd og påvirke brukeropplevelsen.
Håndtere praksis:
1. Fusjonsovervåking med flere parametere: Sanntidsinnsamling av kabeltemperatur, strøm og spenningsdata gjennom fiberoptisk temperaturmåling, strømsensorer og spenningstransformatorer (Shenzhen-prosjektet distribuerte fiberoptiske vibrasjonsmålingsenheter langs den 400 meter lange kabellinjen for å oppnå temperaturføling på millimeternivå);
2. Intelligent quench-beskyttelsesenhet: Utviklet en integrert enhet for "quench trip self recovery". Når en plutselig økning i motstand (som overskridelse av 0,1 m Ω) oppdages, kutter enheten av feilstrømmen innen 10 millisekunder og kjøles raskt ned gjennom kjølesystemet, slik at det superledende materialet kan gå inn i superledende tilstand igjen (Shanghai Engineerings beskyttelsesenhet har oppnådd selvgjenoppretting etter 3 quench-strømforsyninger);
3. Elektromagnetisk ringnettverksdesign: Konstruer redundante strømforsyningsbaner på nettsiden, og opprettholde strømforsyningen gjennom ringnettverkssvitsjing under strømbrudd (Shenzhen-prosjektet er koblet til det doble strømringnettverket i Futian Central District, og lastoverføringshastigheten under strømbrudd når 100%).
(3) Mekanisk ytelsestilpasning: 'Fleksibilitetsutfordringen' i installasjon og drift
Superledende kabler består av flere lag som superledende tape (bare 0,4 millimeter tykke), bufferlag og beskyttende lag, og deres mekaniske styrke er mye lavere enn tradisjonelle kobberkabler. Overdreven trekkraft, liten bøyeradius eller vibrasjon under installasjonen kan føre til brudd på stripen eller delaminering mellom lag.
Håndtere praksis:
1. Tilpasset leggingsprosess: Bestem nøkkelparametere gjennom 1:1 simuleringseksperimenter (som Shanghai Engineering som reproduserer det komplekse miljøet i det sentrale byområdet i Wujing Town, Minhang District, måler den maksimalt tillatte trekkraften til den superledende kabelen til å være 8kN og minimum bøyeradius skal være 1,5 meter);
2. Spesialisert leggingsutstyr: forskning og utvikling av leggingsutstyr for små vinkler og store dråper (for eksempel Shenzhen-prosjektet som bruker "slamvannbalansen topprør" og "bypass med stor vinkel"-prosesser for å løse problemet med smale underjordiske rørgallerier i gamle byområder);
3. Dynamisk spenningsovervåking: Sanntidsovervåking av kabelspenning under leggingsprosessen (fiber Bragg-gittersensorer brukes i Shenzhen-prosjektet, og automatiske alarmer utløses når spenningsavviket overstiger ± 5%), og vibrasjonsovervåking gjennom intelligente bakkestendere under drift (vibrasjonssensorer er installert i alle 9 arbeidsbrønner i Shanghai-prosjektet, støtdemping og aktiveringsfrekvens overstiger sjokkabsorbering, 10 Hz).
(4) Isolasjon og termisk styring: en dobbel test av "lav temperatur + høy spenning"
Superledende kabler opererer i et flytende nitrogenmiljø (-196 grader) og må tåle spenninger på 35kV eller enda høyere. Isolasjonsmaterialet må ha både lav-temperaturseighet og høyspenningsmotstand. I tillegg kan kabelterminaler (grensesnitt koblet til det konvensjonelle strømnettet) oppleve lokale høye temperaturer på grunn av varmelekkasje, noe som kan påvirke isolasjonsytelsen.
Håndtere praksis:
1. Komposittisolasjonsdesign: bruk av en komposittisolasjonsstruktur av solide isolasjonsmaterialer (som epoksyharpiks) og flytende nitrogen (isolasjonslagets tykkelse på Shanghai 35kV-kabler er bare 20 mm, og koronamotstanden er dobbelt så stor som tradisjonelle kabler);
2. Terminalisolasjonsoptimalisering: Terminalen vedtar en vakuum flerlags isolasjonsstruktur (terminalvarmelekkasjehastigheten til Shenzhen-prosjektet er mindre enn 0,5 W/m, som er 30 % lavere enn den internasjonale standarden), og lim med lav-temperatur fylles ved grensesnittet for å forhindre isolasjonshull forårsaket av flytende nitrogen;
3. Vanlig isolasjonstesting: Bruk et megohmmeter for å måle hovedisolasjonsmotstanden hvert kvartal (med et krav på større enn eller lik 1000M Ω), og utfør årlig dielektrisk tapstesting (den trefasede dielektriske tapsfaktoren til Shanghai Engineering er alt<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, Standardisert operasjonsprosess for superledende kabler
Driften av superledende kabler må strengt følge fire-trinnsprosessen med "drift og vedlikehold av testnettforbindelse før kjøling", og nøkkelparametere må registreres ved hvert trinn for å sikre sporbarhet.
(1) Forkjøletrinn: gradvis avkjøling fra romtemperatur til -196 grader
Forkjøling er et kritisk trinn i oppstart av driften, og det er nødvendig å unngå termiske spenningsskader forårsaket av rask avkjøling (som superledende tapebrudd eller fugeløsning). Den spesifikke prosessen er som følger:
1. Systemevakuering: Bruk en vakuumpumpe til å evakuere den interne rørledningen til kabelen til en vakuumgrad på 1 × 10 ⁻ ³ Pa, fjern urenheter (som fuktighet og luft), og forhindre blokkering av rørledningen ved lave temperaturer;
2. Nitrogenblåsing: Blås sakte i rørledningen med romtemperatur nitrogen (strømningshastighet mindre enn eller lik 5m³/t) for ytterligere å fjerne gjenværende urenheter;
3. Forkjøling av flytende nitrogen: Injiser flytende nitrogen med en hastighet på 0,5 grader/min og reduser kabeltemperaturen gradvis (forkjølingstiden for Shanghai-prosjektet er 48 timer, og den endelige temperaturen stabiliserer seg på -196 grader ± 2 grader).
(2) Flowtest: en praktisk øvelse for å verifisere den nominelle strømbærekapasiteten
Etter at forhåndskjølingen er fullført, må kabelens strømbærekapasitet verifiseres gjennom en strømføringstest. Eksperimentet tar i bruk den "nåværende superposisjonsmetoden":
1. Trefase kortslutning ved enden av kabelen, koble til en spenningsregulator i begynnelsen, og øk gradvis strømmen (starter fra 10% av merkestrømmen, øker med 10% hvert 30. minutt);
2. Overvåk spennings- og strømfasene for hver fase (med en nødvendig faseforskjell på mindre enn eller lik 5 grader), samt temperaturen (med en utløpstemperatur for flytende nitrogen på mindre enn eller lik -190 grader C);
Når strømmen når merkeverdien (for eksempel merkestrømmen på 2160A for en 35kV-kabel i Shanghai) og stabiliserer seg i 24 timer, er testen kvalifisert.
(3) Netttilkoblet drift: 24/7 garanti for "online overvåking + intelligent drift og vedlikehold"
Etter netttilkobling må følgende parametere overvåkes i sanntid-gjennom en nettbasert overvåkingsplattform:
1. Flytende nitrogensystem: innløpstrykk (0,3-0,5MPa), utløpstemperatur (-196 grader ± 2 grader), strømningshastighet (10-15L/min);
2. Elektriske parametere: strøm (Mindre enn eller lik nominell verdi), spenning (± 5% nominell spenning), dielektrisk tap (Mindre enn eller lik 1%);
3. Miljøparametere: arbeidsbrønntemperatur og fuktighet (temperatur Mindre enn eller lik 30 grader, fuktighet Mindre enn eller lik 70%), vibrasjon (Mindre enn eller lik 5Hz).
Drifts- og vedlikeholdsteamet tar i bruk en "tre-dimensjonal inspeksjon+sentralisert overvåking"-modus: daglig manuell inspeksjon av arbeidsbrønnen (kontrollerer om isolasjonsrøret er frostet og om kjølemaskinen går unormalt), ukentlig analyse av online overvåkingsdata (hvis flytende nitrogen flyter med mer enn ± 10 %, må kontrolleres temperatur i rørledningen og må temperert måles infra i måneden), Mindre enn eller lik -180 grader er normalt).
(4) Regelmessig vedlikehold: forebyggende vedlikehold av "statusvurdering+komponenterstatning"
Omfattende vedlikehold er nødvendig hvert år i drift:
1. Evaluering av isolasjonsytelse: Mål hovedisolasjonsmotstanden (større enn eller lik 1000M Ω) og dielektrisk tapsfaktor (mindre enn eller lik 0,5 %);
2. Inspeksjon av mekanisk ytelse: Sjekk om det er sprekker i det superledende båndet gjennom røntgeninspeksjon (ingen skade på båndet ble funnet under den 3-årige driften av Shanghai-prosjektet);
3. Vedlikehold av kjølesystem: Bytt ut kjøleolje, rengjør varmeveksleren (vedlikeholdssyklusen til kjølemaskinen i Shenzhen-prosjektet er 2000 timer).
3, Mulige problemer og mottiltak under drift
Til tross for kontinuerlig teknologisk optimalisering, kan superledende kabeldrift fortsatt oppleve funksjonsfeil på grunn av miljøendringer, utstyrsaldring eller driftsfeil, og målrettede responsstrategier må utvikles.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 grader)
Årsaker: Varmelekkasje fra isolasjonsrøret (som skade på vakuumlaget), kjølemaskinsvikt (som kompressorslitasje) og blokkering av flytende nitrogenpumpen (akkumulering av urenheter).
svare:
1. Inspiser umiddelbart utseendet til isolasjonsrøret (frostområder kan være lekkasjepunkter), bruk en vakuummåler for å måle vakuumgraden til isolasjonslaget (<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. Bytt til backup-kjøleenheten (Shanghai-prosjektet er utstyrt med 2 hovedkjøleenheter og 1 backup-enhet, med en byttetid på mindre enn 5 minutter);
3. Slå av pumpen for flytende nitrogen og blås tilbake rørledningen med nitrogengass (trykk 0,2 MPa) for å fjerne urenheter (Shenzhen-prosjektet ble en gang blokkert av kobberspon som ble igjen under byggingen, men rørledningen ble gjenopprettet til normal etter blåsing tilbake).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Årsaker: Overstrøm (som plutselig økning i brukerbelastning), lokal overoppheting (dårlig kontakt med båndsveisepunkter), magnetfeltinterferens (store motorer i nærheten).
svare:
1. Beskyttelsesenheten utløses automatisk (Shenzhen-prosjektets turtid<10ms), cutting off the fault current;
2. Sjekk gjeldende registrering (hvis det er en plutselig økning i belastningen, kontakt brukeren for å justere strømplanen; hvis det er et problem med sveisepunktet, sveis på nytt og test motstanden);
3. Start kjøleenheten for å akselerere kjøleprosessen (måltemperatur -196 grader ), og koble til nettet etter at motstanden går tilbake til 0 (Shanghai-ingeniøren utløste en gang et strømbrudd på grunn av en plutselig økning i belastningen, som automatisk gjenopprettet strømforsyningen etter 30 minutter).
(3) Oppgave 3: Kabelstrimmel brudd etter legging (som isolasjonsmotstand<100M Ω)
Årsak: For stor trekkraft (over 8kN), liten bøyeradius (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5kN/m).
svare:
1. Stopp umiddelbart leggingen og bruk optisk fiber for å oppdage plasseringen av bruddet (nøyaktighet ± 1 meter);
2. Kutt av den ødelagte delen, bytt ut reservelisten (med samme modell som den originale stripen), sveis på nytt og utfør isolasjonsbehandling (Shenzhen-prosjektet førte en gang til at stripen brøt på grunn av en liten bøyeradius, og erstatningen besto testen);
3. Juster leggeparametrene (som å redusere trekkraften til 0,5 m/min og øke diameteren på bøyestyrehjulet).
