超导限流器技术的应用与发展

在电力领域，高温超导电力设备（电缆、限流器、储能器等）因为其高效、紧凑、节能、环保等特点，在未来具有广阔的应用前景；应用高温超导技术是改造国家电力电网系统和实现大型城市大容量、高密度安全供电的理想途径。我国部分城市近年来每到夏天都会出现大面积拉闸限电的现象，究其原因，除了经济增长导致用电需求增加外，用电高峰期电网容量不够、设施老化也是导致电力管理部门被动限电的重要原因，超导技术从根本上为解决以上电力系统的安全难题提供了一个全新的选择。

近几年来，我国的发电能力和用电量都在快速提高，但电网建设相对来说还有很多不足之处，特别是电网的安全性、稳定性和供电质量尚需改善。这主要是因为可再生能源越来越多，当它以分布式发电的形式接入电网时，电网会不稳定，从而引起短路故障的大量增加。电力系统在发生短路故障时，将会产生很大的短路电流，一般情况下，短路电流约为额定电流的20倍。因此，电气设备如果按短路电流水平来设计，就会使电气设备的经济性大大降低。而且，短路电流产生的高温等效应对电气设备的危害很大，这种危害甚至可能是灾难性的。因此，短路故障电流将对电网系统的经济效益和安全稳定运行产生严重的影响。而且，电网规模越大，故障短路电流水平也会越大，由于我国的电网建设正处在飞速发展的阶段，短路故障电流已成为需要重点解决的问题之一。

为了解决短路故障电流的问题，传统的技术方案通常是使用一些消极的办法，例如安装大规格的开关柜、电缆线路和变压器等。但是，这些办法会导致大量的额外成本，使运行系统更复杂，并影响电能质量、电力系统的稳定性和安全性。因此，短路故障电流的解决迫切需要突破传统技术的限制，引入高新技术，而高温超导限流器的出现恰好满足了这一需求。

高温超导限流器具有传统技术中无法实现的功能：它能在高压下运行，在正常运行时可通过大电流而只呈现很小的阻抗甚至零阻抗；反应速度快，能在毫秒甚至亚毫秒级的时间内做出反应；可根据需要将短路电流限制到额定电流两倍左右的水平，限流效果非常明显；能自动触发、自动复位且复位速度快；同时集检测、触发和限流于一身，可在极短的时间内将巨大的短路电流限制在电网能承受的范围内，从而提高了电网的灵活性、供电质量和安全性。(https://www.xing528.com)

高温超导限流器在电力系统中主要的应用位置有：①发电机端，能够减小故障对发电机组的冲击；②母线端，有利于采用大功率低阻抗变压器维持电压调节水平，并可使短路电流对变压器的破坏得到限制；③网络联络处，可以保证电网系统稳定，提高输电质量；④变压器端，可以减少合闸时的冲击电流；⑤一些特殊位置，如地下电缆或安装在地下室的变压器等难以更新的设备处，以及处于雷电频发区的线路处，在这些位置加装高温超导限流器可以有效改善电网安全性和稳定性。可见，在电网系统中装备高温超导限流器以后，无论是对输电系统还是对配电系统来说，都将大大提高安全性、输送容量以及稳定性，同时大大地降低电网的建设和改造的成本，并延长电气设备的寿命，从而使我国的电网建设更加合理有效，对节能工作做出重要的贡献。

因此，高温超导限流器的研制及应用引起了国际上的广泛重视。1989年以来，美国、德国、法国、瑞士、韩国、日本和我国都相继开展了这方面的研究。中国科学院电工所等单位于2005年完成了10.5kV、1500A改进桥路型高温超导限流器原理样机的研制，并在湖南娄底高溪变电站成功实现了并网运行。云电英纳超导电缆技术有限公司等单位于2007年研制成了35kV、1200A饱和铁心式高温超导限流器，并在云南昆明普吉电站实现了并网运行。