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2012年12月31日，值岁末年初、辞旧迎新之际，我国自主创新研制的世界第一台220kV饱和铁芯型高温超导限流器，在国家电网天津石各庄变电站正式挂网运行。这一世界级的技术创新成果，其课题被列为国家“863计划”项目，是以天津百利机电控股集团为主导与北京云电英纳超导电缆有限公司、天津市电力公司合作研究与开发。

目前，这台设备并网负载运行已经6个月，经检验测试各项性能指标达到预期效果。如，高压电气绝缘油箱内部压力50kPa密封试验时间大于72小时，快速响应时间小于8毫秒，励磁恢复时间小于600毫秒，温升工频耐压、局部放电、雷电冲击、声级和绝缘电阻等试验均符合国家标准要求，设备运行处于良好状态。国家科技部组织专家组前往天津石各庄变电站，对“220kV/800A饱和铁芯型高温超导限流器的研究与开发”进行了现场考察和技术评审，见证了上述性能指标达标，一致通过了这一项目验收。

业内专家称，超导限流器是电网所需部件领域的前沿技术，许多发达国家都在加紧研发这种高新技术和产品。然而，真正拔得头筹的当属天津百利机电控股集团等三方合作研制的220kV/800A饱和铁芯型高温超导限流器，它是目前世界上在电力系统实际应用的电压等级最高、容量最大、响应时间最快、励磁恢复时间最短的超导限流器，达到国际领先水平。这一高技术新产品的成功挂网运行，是我国在全球取得这一前沿技术重大突破的标志，使我国在发展超导限流器技术方面始终保持世界领军地位，对推进我国超导限流器产业化具有十分重要的意义。

同时，我国正处于由制造业大国向制造业强国转型的发展过程中，装备制造业的集群化、信息化、服务化、品牌化将对低压电器行业提出更高要求。

人所共知，电是现代社会的“血液”，电网安全运行关系国计民生。曾记得，2011年9月8日发生在美国南加州圣迭戈的大停电，中断了近700万人长达13小时的供电，导致当地整个社会生产和生活陷于瘫痪，造成巨大经济损失，经分析，这场事故是由输电系统的故障所引发。据介绍，超导限流器是保障输电安全的重要技术措施，可以说电网因它而安，光明因它而在。鉴于此，为倡导科学生活观，在此，就超导限流器这一高技术新产品的知识及相关信息作以概述和普及。

超导限流器发展概述

言及限流器当从“电”说起。随着我国国民经济的飞速发展，人们对电力和供电质量的需求不断提高，输、配电网规模及电网互联程度的日益扩大，必然导致电网短路功率及故障短路电流迅速增大。故障短路电流的急剧增大，已成为制约现代电力系统发展的技术瓶颈之一。由于一般情况下电力系统短路电流可达到额定电流的20倍，而且呈现多个站点短路电流将超过断路器的极限分断能力，使电力系统电气设备的安全系数设计值越来越大，从而大大降低了电力系统运行的安全性和经济性。因此，如何有效地控制故障短路电流并降低断路器分断容量，是当前电力系统面临的重要课题。现在，能够抑制电网故障短路电流的手段很有限，在设备上常用的是高阻抗变压器和限流空心电抗器等，在系统设计上常用的是把电网的规模变小或互联程度降低。高阻抗变压器可以在一定程度上降低电网的故障短路电流水平，但同时增加了电网传输损耗，对电能质量会造成一定程度的不良影响。使用空心电抗器也存在类似的问题，而且把限流空心电抗器用于高电压等级目前还存在着一些技术困难。在设计上降低电网互联程度或减小电网规模与电力系统增强电网互联，提高大电网输电能力的发展趋势是背道而驰的。

受全球气候变化、生态环境恶化及化石能源快速消耗等问题影响，当今世界能源格局正在发生重大而深刻的变革，智能电网逐渐被世界各国所重视。

美国国家能源部（DOE）下属西北太平洋国家实验室（PNNL）发布的《智能电网：能源与二氧化碳收益评估》（TheSmartGrid:AnEstimationoftheEnergyandCO2Benefits）报告称，截至2030年，智能电网对美国电能消耗和二氧化碳排放削减的直接贡献将达到12%，间接贡献将达到6%。而美国政府此前承诺的2020年温室气体减排量为17%。

　　美国电科院和相关组织的分析认为，智能电网将承担美国2020年碳减排目标约一半的重任。

2009年9月22日，胡锦涛主席在联合国气候变化峰会上表示，到2020年我国非化石能源占一次能源消费比重将达到15％左右。2009年11月25日，国务院常务会议决定，到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。2010年3月，温家宝总理所作的《政府工作报告》明确，“大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。可见，智能电网已成为目前世界发展的新趋势、新方向。

为适应这一新趋势，我国电网公司从我国地域广阔而致能源中心和负荷中心分布严重不均的国情出发，为保证中国经济的高速发展，在欧美智能电网特征的基础上，特别增加了“坚强”这一元素，构建以特高压骨干电网为核心，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，在此基础上，兼顾各级电网的协调发展，通过试点和示范逐步向低压配电网与用户端展开，促进电网的安全、高效与开放。从强化坚强元素的发展战略来看，目前我国电网在用的传统限流元件已不能适应坚强智能电网的需求，超导技术的发展及在电网的应用越来越受到业内专家的重视。

目前，在高温超导产品中，应用于电力系统的主要有超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导储能装置、超导电机等，超导限流器是所有高温超导产品中技术最成熟、应用前景最好、产业化条件最完备的产品，成为智能电网的首选。不仅如此，超导电力技术不仅是一项民用技术，在国防安全方面也具有重大应用价值，也可以用于舰船电力系统短路电流的限制。

超导限流器的功能

　　 超导限流器的研究及应用，标志着一个国家电力工业的发展水平。

我国的电网一是容量大、二是电压等级高，为了保证电网运行的稳定性和可靠性，就要防止电网出现突发性的故障，尤其是短路故障的突发。因为，短路故障电流瞬间可达到额定电流的10倍、20倍，如果电网没有保护装置，会给电网设备造成冲击而损坏，甚至引起电网瘫痪，给电网带来很大的经济损失。解决这个问题有很多技术措施，其中，限流器就是一个很好的措施，它的解决方式是在电网整个系统中接入一个限流器，在电网出现故障电流时呈现一个大的阻抗吸收故障电流，在电网中电压等级越高其作用就越大。如：220kV、550kV、1000kV电压等级都需要安装限流装置来保障电网的安全性和可靠性。

限流器并不是一个新技术，但有传统型与超导型之分。传统限流器是一个电阻性的元器件，要串入电网里，在电网没有发生故障时它也要耗能；突发短路故障瞬间电流很大，其响应速度很慢，使电网的安全保证受到局限；而且，限流器电压等级越高其结构也越复杂，体积就越大。现在，世界各国都在关注超导技术在电网中的应用，在正常情况下，超导限流器成零阻抗，耗能小，响应速度快，它的独到优势克服了传统限流器的缺陷，保障了电网的安全性、可靠性。

　　 超导限流器一般都是利用超导体的超导态——正常态转变的物理特性和一些辅助部件，在电网线路出现故障时形成一个适当的阻抗来限制电流，与普通的限流元件相比具有许多优点：（1）动作快，有可能在亚毫秒级的时间内做出反应；（2）可以根据需要将故障电流限制在系统额定电流的两倍左右；（3）它是串联在电力系统中且呈超导状态，因此在正常运行状态下，多数的超导限流器只有极小的功率损失；（4）能自动触发、自动快速复位，集检测、触发、限流于一体；（5）是一种静态的限流器，结构较为简单；（6）当超导限流器连接在几个系统之间并相互通电时，能形成极稳定的电力系统网，保证某一系统发生故障而不致于影响整个系统的正常运行，提高了系统的可靠性，而这种特性正是目前准备大力发展的智能电网所需要的。

　　 目前国际上超导限流器的研发及应用现状

　 超导限流器因具有极为独特的优点而为世界各国所瞩目，特别是高温超导材料迅速发展以后，专家们认为超导限流器将是电力系统替代传统限流器的首选。

现在，发达国家以及我国都在利用超导技术研究新型限流器，但采用的技术路线不同。目前，正在开发或接近实用的超导限流器有：无感电抗器型、三相电抗器型、混合型、电阻型、变压器型、磁屏蔽型、饱和铁芯电抗器型以及路桥型等多种。日本、法国、英国、美国等都投入人力、物力进行大量试验研究并且取得了重要进展。

超导限流器的发展大致为三个阶段：第一阶段为超导限流器原理样机的研制与试验，验证其原理可行性。第二阶段为中低压等级水平试验样机的研制和工程示范，目的是验证工程技术可行性。第三阶段向更具市场前景的高压输电网等级应用发展，并最终实现产业化。目前，从各国的发展情况看大都向第三阶段发展。

据相关信息考证，自上世纪90年代以来，日本东芝、法国耐克森、德国西门子、美国通用等诸多世界知名的电器制造商以及多家电器研发机构，进行了不断提升电压等级和容量的超导限流器研发。如，1996年，ABB瑞士研究中心成功地研制出一台1.2MW三相屏蔽型超导限流器，安装在Lontsch变电站成功试运行近两年。德国Zenergy公司开展了138kV饱和铁芯型超导限流器的研制，并将在公用电网运行测试。德国西门子公司研制的12MVA模型已顺利通过实验，目前正在研制12MVA样机。由法国耐克森公司、德国西门子公司和美国超导体公司联合研发的138kV/900A电阻型超导限流器，于2011年10月13日宣布成功进行了电网电压等级的测试，但尚未挂网运行。

　　 在我国，中国科学院电工研究所于2005年完成了一台10.5kV/1.5kA桥路型超导限流器并在湖南娄底挂网运行。天津百利机电控股集团公司与北京云电英纳超导电缆有限公司从2005年开始研究饱和铁芯型超导限流器，于2007年完成了35kV/90MVA超导限流器样机的研制，2008年1月在昆明普吉变电站正式挂网示范运行，2009年完成了在线人工短路试验。是当时世界上挂网运行电压等级最高、容量最大的超导限流器35kV/90MVA超导限流器的成功并网运行，使研发团队方面掌握了一系列突破性的关键技术，为研制更高电压等级的超导限流器奠定了基础。

220kV/800A饱和铁芯型高温超导限流器的功能特性及技术水平

　　 我们讲，220kV/800A饱和铁芯型高温超导限流器达到国际领先水平，还不仅在于它的电压等级最高、容量最大，重要的是在于自主创新的技术专长。其核心技术是，通过改变饱和铁芯型高温超导限流器恒定直流磁势为速断直流，绕组采用松耦合结构和铁芯不等截面设计等关键技术，解决了一直以来困扰饱和铁芯型高温超导限流器的体积重量大、稳态阻抗难以下降和直流励磁回路感应高压冲击等难题，形成14项专利，其中发明专利11项（含国外专利1项），实用新型专利3项，在国际发表学术论文22篇。

　　 由于技术独到，这一创新的饱和铁芯型高温超导限流器具有与其它超导限流器不同的四个特点：

1.电抗系统是饱和铁芯型高温超导限流器的主体部分，通过交、直流绕组耦合结构、三相六铁芯布局、切断直流电源的限流方式、铁芯磁路不等截面及高压绝缘等设计，保证了限流器稳态低阻通流和短路高阻限流的可靠实现，是限流器设计的核心内容。

2.直流励磁系统通过对超导绕组骨架优化设计和直流励磁控制回路设计解决了限流器铁芯从深度饱和———非饱和——深度饱和的迅速转换的难题。

　　 3.制冷系统是确保直流励磁系统中超导直流励磁绕组部分处于液氮温区，从而保证超导限流器的正常工作。通过对制冷系统的仿真设计及在线监测设计，提高系统的智能化程度，确保了系统运行的可靠性。

　　 4.监控保护系统是超导限流器的配套设备，通过实时监控超导限流器的制冷系统的热工参数、直流励磁系统和交流电网中的电气参数，保证超导限流器系统正常工作，从而达到限制电网短路电流，改善电力系统动态稳定性，保障电网以及电力设备的安全稳定运行的作用。此外，监控保护系统还具有数据记录和数据分析等功能。实现遥调、遥测、遥信、遥控等功能，是智能电网实现智能化的重要组成部分。

市场前景

国际上普遍认为，高温超导限流器将是超导技术大规模应用的产品，将最早实现产业化。美国能源部已将超导限流器列为智能电网建设的关键设备，赞助三个高温超导限流器研发项目。在英国，不仅有西门子公司生产的10多台超导限流器联网时运行，而且又从德国Zenergy公司购进一台饱和型超导限流器。从应用范围来讲，凡存在短路电流过大问题的场所均可使用超导限流器，像发电厂、输电网、变电站和大用户等均可应用，超导限流器潜在的国际国内市场巨大。

　　 据中国电器工业协会提供的资料，“十二五”期间，我国发电装机容量约14亿kW，投产110kV及以上线路约46万公里、变电容量约25亿kVA，其中1000kV特高压交流线路2.2万公里，变电容量约2.2亿kVA；直流线路2.9万公里，变电容量约2.2亿kVA；110～750kV交流线路41万公里，变电容量约21亿kVA。全国110kV及以上线路达到133万公里，变电容量达到约56亿kVA，电力工业投资将达5.3万亿元，比“十一五”增长68%。其中，规划电网投资约2.55万亿元，占电力总投资的48%。

2009年5月，国家电网公司提出了以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有统一标准的信息化、数字化、自动化和数据集中双向互动化特征的坚强智能电网战略。2010年进一步发布《国家电网智能化规划总报告（修订稿）》。“十二五”期间，将是智能电网建设全面推进的重要时期。到2015年末，智能电网设备将实现重大突破。在未来十年，智能电网领域将约有4万亿元的建设投资。预计2011年至2015年将新建改造8000座智能变电站（其中国家电网公司6200座），这一阶段预计投资2万亿元。

　 　随着智能电网的建设的全面推进，必然要带动与之相对应的是发、输、配、用电设备的快速发展，中国将成为全球最重要的电气设备市场。根据中国电器工业协会预测，至2020年国内超导限流器潜在的市场容量逾期超过1500亿元。

　　 另外，由于美国南加州圣迭戈的大停电而造成巨大的经济损失，美国、欧盟、日本等国家对电网互联安全性和运行可靠性的重视程度不断提高，超导限流器在国际市场潜在需求也不断上升。据德国Zenergy公司估算，超导限流器全球市场规模每年将达50亿美元。

　　 综上，超导限流器是一项发展前景良好、市场容量巨大的产品，市场前景十分广阔。

天津百利机电控股集团是220kV饱和铁芯型高温超导限流器的主要研发方之一，是天津装备制造业主体，位列中国企业500强。为迅速推进超导限流器产业化进程，借助良好的资本市场融资平台，天津百利机电控股集团拟通过旗下实际控制的上市公司———天津百利特精电气股份有限公司非公开发行股票，即定向募集资金等方式进行筹资，在天津建立超导限流器制造基地，以尽快让超导限流器这项自主创新的国际领先技术实现产业化，为我国坚强智能电网建设服务。

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220kV/800A饱和铁芯高温超导限流器在国家电网石各庄变电站良好运行

863课题“220kV/800A高温超导限流器的研究与开发”验收会在国家电网天津石各庄变电站现场举行

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220kV/800A饱和铁芯高温超导限流器核心技术部件正在天津市百利高压超导设备有限公司制造