中国电器工业专家谈
近几年,超导技术在工业领域中的应用日趋广泛,超导限流器作为电力系统限制短路电流的一种有效措施受到更加广泛的重视。
日前,记者就这个领域的现状与前景,专访了中国电器工业协会常务副会长杨启明及该会智能电网设备工作委员会秘书长王琨。在访谈中,他们作了详实系统的阐述,许多观点和表述体现于前文,这里再节录其中之精华以飨读者。
超导限流器将是电力系统超导电性的第一用途
杨启明告诉记者,我国电力工业的发展趋势是:电力系统的容量越来越大,电网向超大规模方向发展;电网越大,对电网安全性和稳定性的要求就越高;电力系统容量快速增大将导致电网短路功率及故障短路电流的迅速增大。由于一般情况下电力系统短路电流可达额定电流的20倍,有可能出现故障电流超过现有断路器的分断能力,并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。同时,随着信息技术和微电子技术日益广泛地向工业和人们生活的各个领域中渗透,人们对电能质量提出了越来越高的要求。电能质量问题对用电设备的影响很大,瞬态电能质量问题虽然持续时间很短,但会致使敏感制造设备或生产设备停机,导致生产事故的发生,造成生产、时间、最终是经济上的巨大损失。
他说,采用超导故障限制器(以下简称超导限流器)则是解决以上问题的一个很好的途径。新近发展的超导限流器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,专家们预言超导限流器将是电力系统超导电性的第一项用途。
杨启明阐释,超导限流器能快速、平稳、有效地限制短路电流,解决其对系统和电气设备的危害,减少经济损失,降低电网建设成本,促进电力发展。超导限流器的研究及应用将标志着我国电力工业水平又迈上一个新台阶,对电力工业发展具有重大意义。正因此,国家科技部于2006年在863计划中设立了《220kV/800A高温超导限流器的研究与开发》课题。据我所知,天津百利机电控股集团与北京云电英纳超导电缆有限公司、天津市电力公司三方合作,依托国家863计划课题,已成功制造出世界第一台220kV饱和铁芯型高温超导限流器,并于2012年底成功挂网运行。半年的良好运行表明,这台目前世界上电压等级最高、容量最大的超导限流器,具有稳态低阻,限流高阻,自动响应,快速恢复的特点,各项性能指标都达到了设计要求,通过了国家科技部组织的验收。这标志着我国超导限流器的研发和制造,已经达到世界领先水平,并且具备了产业化的基础。
超导限流器发展前景好 市场容量大
高温超导技术及其应用将成为21世纪世界科技领域的制高点,更是全球经济新一轮发展的驱动力,杨启明如是说。超导电力技术涉及电气工程、物理学、材料科学、低温工程和自动控制技术等多门学科,是多学科交叉的一门新技术。超导电力技术与电气科学及工程联系十分紧密,许多有待研究的关键技术都包含在目前电工科学所涵盖的内容,如电能的产生、传输与储存、低温下的高电压与电气绝缘、基于电磁学的电气设备、低温下的电工测量与传感器、强场环境电磁学等,超导技术与电工学科的结合,势必进一步推动电工科学与工程的进一步的发展。超导电力技术是一门有广泛应用和巨大发展潜力的高技术领域,是当代电工科学与工程重要的研究领域,也是目前国际科技发展的重要前沿。
另外,由于美国、加拿大出现大面积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。
超导限流器是一项发展前景良好、市场容量巨大的产品,加之目前国内能够生产该产品的企业数量不多,市场广阔,具有良好投资性。
220KV超导限流器的研制与挂网堪称是这个领城第一个敢吃螃蟹人
王琨秘书长对记者说,饱和铁芯型超导限流器的结构和原理比较简单,实际上就是一台电抗器绕了一个直流绕阻,通过串联一个比较小功率的电源形成一直流系统,在电网正常情况下也就说没有短路故障电流时,铁芯呈饱和状态,对电网是一条通路,一旦发生或检测到系统有短路故障电流时,迅速切断直流电源,瞬间也就是几个毫秒时间,限流器由饱和状态转换成不饱和状态,变成一个巨大的电场来消纳短路故障电流。
他说,电抗器本身是一个比较成熟的产品,从运行角度来讲节能、稳定。超导限流器最理想化的类型是电阻型超导限流器,相当于串联一个大电阻,在呈超导态时电阻为零,一旦失超就变成一个大电阻来吸纳短路故障电流,但它有一个缺陷,就是从失超到超导恢复时间长,如果要达到饱和铁芯型超导限流器恢复时间水平,从技术层面还要有很长的研究时间。其他类型的产品也是如此。所以,在国际国内研究超导限流器的很多,包括我国中科院在内多是在中压层面或试验室层面,目前,只有天津百利机电控股集团与北京云电英纳超导电缆有限公司、天津市电力公司三方合作研制的220kV饱和铁芯型超导限流器真正接入了电网运行。这也说明了三方合作研发的勇气与底气。因为,电压等级越高国家电网对此应用就越慎重,220kV电压等级电网不像35kV电压等级电网,35kV等级电网运行失败只是造成局部损失,220kV电压等级电网一旦带载运行失败会给整个电网带来巨大的损失,像美加大面积停电等。从220kV超导限流器的研制、推广来看,前所未有,敢为天下先,称得上是第一个敢吃螃蟹的人。
中国电器工业协会常务副会长杨启明谈超导限流器