半导体

智能电网有了“保护神”

作者:电子信息产业网来源:京报网发布时间:2012-10-25 13:47我要评论

北京云电英纳超导电缆有限公司技术人员在实验室中为超导限流器试验机加注液氮。


今年7月30日,印度北方邦一座高压变电站故障导致当地输电线路超负荷,电网设备毁坏,随后全国近一半地区供电中断,逾6亿人口受到影响。因为一个节点故障导致整个电网崩溃,类似印度大停电这样的事故并非绝无仅有。


为什么不用安全保护装置呢?家庭用电负荷过高时,保险丝会熔断,从而保护家庭和整个线路不会起火。“我们正在研发的超导限流器,应用于发电厂、输电网、变电站等场所,功能就相当于家庭电表箱里的保险丝。”北京云电英纳超导电缆有限公司实验室主任田波说,云电英纳研发的220千伏超导限流器即将在天津电网挂网运行,这是全球最大容量的超导限流器产品。此前,该公司研发的35千伏限流器产品,已经创造过一次“全球首台”。


“家庭电表箱的保险丝熔断或自动跳闸后,要更换或重新开闸,需要几分钟乃至更长时间。”田波说,但输电电网哪怕停电几秒钟,后果都是非常严重的。因此,输电电网的“保险丝”必须符合两个要求—在电流过大时迅速降低电流,同时输电不能停止一分一秒!


田波说,高温超导材料的面世,让输电电网的“保险丝”有了基础材料。不过,高温超导材料可是一门尖端学科,目前国际上有能力生产高温超导材料的企业屈指可数,云电英纳的母公司—北京英纳超导技术有限公司就是其中一家,产品性能排名全球第二。


在北京经济技术开发区,英纳超导从董事长到保洁员不过50来人,企业的两层楼,一层生产,二层研发。别看企业规模不大,实力却不容小觑,在纳斯达克上市的美国超导公司每次发布季报年报,英纳超导都会被作为主要竞争对手被提及。


在零下200摄氏度的环境下,超导线材没有电阻,意味着电能传输没有损耗。而常规铜、铝等作为输电线路材料,通常都有6%%左右的电力损耗。目前世界上多数超导材料还主要在实验室阶段,未能完全产业化。基于此,英纳超导与云南电网云南电力试验研究院合资,在亦庄组建云电英纳,着眼于超导材料在电力行业的应用。


超导电缆是云电英纳第一个攻关项目。曾经在美国中西超导公司工作8年的信赢博士,带领云电英纳的团队刻苦攻关。2004年4月,一组33.5米的超导电缆在云南普吉变电站并网运行,这是继美国、丹麦之后由我国自行研制开发的世界上第三组高温超导电缆,多项技术创新使其在主要技术参数上领先。


超导限流器成为云电英纳第二个攻关目标。


在云电英纳的实验室,记者见到了一台超导限流器的样机。这是一个直径约一米、高不到半米的圆柱体,圆柱体内布满了铁方框,这些铁芯柱体上缠绕着线圈。中间一个大线圈是超导材料做的,它的四周分布了若干铜线小线圈。


电网的电流经过小线圈,但不与超导材料线圈连接。“普通的铜线本身有电阻,缠绕成线圈后,对电流的阻碍作用更大,这是限流器可以‘限流’的原理。”田波说,不过这样一来,只要电流经过这些线圈都会产生电阻,造成电能浪费。


最好是正常输电时,让铜线圈的电阻为零,这样可以最大限度减少电能损耗,又可以在需要的时候起到限流作用。田波说,之前国外已经开始研发常规限流器,但前提要求有连续稳定的高电流直流电源,这在业界是难以攻克的技术难关。


云电英纳剑走偏锋,不对外部电源做苛刻要求,而采用超导材料,使小线圈的电阻大幅降低甚至为零。一旦输电网的电流异常,超导材料的大线圈停止供应直流电源,没有了电磁转化,小线圈立即恢复为高电阻,就能起到“限流”的作用。


云电英纳没有成功经验可以遵循,他们从几百伏的超导限流器产品开始做起,一代代升级,直到现在的220千伏。现在企业正在加紧试验,不久将推出500千伏的产品。这每一代产品,都是国际上首创的独一份儿,性能越来越高,而设备的体积却越来越小。“现在高压输电成为一种常态,超导限流器规格必须与之适应。”田波说。


作为目前高压输电网中唯一能解决短路电流过大的产品,超导限流器的市场潜力巨大。有业内人士按照“十二五”规划数据测算,到2020年,我国超导限流器潜在市场容量将达到2000亿元。信赢也表示,估计超导限流器在中国未来十年将会有过千亿元人民币的市场,每年就有百亿元的市场总量。


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