冷绝缘超导电缆的结构及技术简介_龚伟志

＊国家８６３计划探索类课题“冷绝缘超导电缆关键技术研究”（号：２００７ＡＡ０３Ｚ２０９）资助的课题．＊Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　８６３Ｐｒｏｇｒａｍ（Ｇｒａｎｔ　Ｎｏ．２００７ＡＡ０３Ｚ２０９）．第３４卷第３期２　０　１　２年６月低　温　物　理　学　报ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＯＷ　ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ　ＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．３４，Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ　２　０　１　２冷绝缘超导电缆的结构及技术简介＊龚伟志１、２ 张　栋３ 洪　辉１ 李　强１ 牛潇晔１ 魏子镪１ 信　赢１１．北京云电英纳超导电缆有限公司，北京１００１７６；２．天津大学电气与自动化工程学院，天津３０００７２；３．保定天威集团有限公司，保定０７１０００收稿日期：２０１１－１１－１４；修回日期：２０１２－０２－１６【摘要】　超导电缆具有传输容量大、传输损耗低、占用通道小和环境友好等特性，备受电力行业的关注．随着超导电缆技术的不断进步，它将很有可能在未来电网的主干线路、城市电力负荷集中区、大型工矿厂区等电能传输密集的线路中得到广泛应用．冷绝缘是超导电缆的一种结构形式，在交流电传输上具有一定的优势．目前，冷绝缘超导电缆在国际上有多个已完成和进行中的示范性项目，是超导电缆技术发展的一个重要方向．本文介绍了冷绝缘超导电缆的基本结构，与热绝缘超导电缆的区别，并根据１０ｋＶ／１５００Ａ单相冷绝缘超导电缆的研发实践，对其制作技术进行简要介绍．关键词：超导电缆；冷绝缘超导电缆；电力传输电缆；电网ＰＡＣＣ：７４００ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮ　ＯＦＣＯＬＤ　ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＯＲ　ＣＡＢＬＥ＊ＧＯＮＧ　Ｗｅｉ－ｚｈｉ　１，２ ＺＨＡＮＧ　Ｄｏｎｇ３ ＨＯＮＧ　Ｈｕｉ　１ＬＩ　Ｑｉａｎｇ１ ＮＩＵ　Ｘｉａｏ－ｙｅ１ ＷＥＩ　Ｚｉ－ｑｉａｎｇ１ ＸＩＮ　Ｙｉｎｇ１１Ｉｎｎｏｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃａｂｌｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１７６；２　Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２；３　Ｂａｏｄｉｎｇ　Ｔｉａｎｗｅｉ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１０００Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｄａｔｅ：２０１１－１１－１４；ｒｅｖｉｓｅｄ　ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｄａｔｅ：２０１２－０２－１６【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ｈｉｇｈ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｌｏｗ　ｌｏｓｓ，ｃｈａｎｎｅｌ－ｓａｖｅ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃ－ｔｏｒ　ｃａｂｌｅｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｔａｋｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ＇ｓ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｄｖａｎｃｉｎｇ，ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅｓ　ａｒｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｔｏｂｅ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｂｏｎｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒｉｄ　ｌｉｎｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｃｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ｐｌａｎｔｓ．Ｃｏｌｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｄ－ｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ａｃ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｍｏｓｔ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ａｎｄ　ｏｎｇｏｉｎｇ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ａｒｅｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ａｎｄ　ｃｏｌｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａ　１０ｋＶ／１５００Ａｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ　ｃｏｌｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｌｓｏ　ｇｉｖｅｓ　ａ　ｂｒｉｅｆ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｃａｂｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅ，ｃｏｌｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｃａｂｌｅ，ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｂｌｅ，ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄＰＡＣＣ：７４００１引 言从上世纪８０年代高温超导材料发明以来，人们开始设想将高温超导技术应用于电网，尤其是高温超导电缆技术．经过二十几年的发展，高温超导电缆已经完成实验室验证阶段，开始进入实际示范应用阶段．目前，美国、中国、日本、韩国、欧洲各国共安装了数十条各种电压等级、输电容量的高温超导电缆．电压等级最高达到１３８ｋＶ，输电容量最高达到５６０ＭＶＡ，长度达到６００ｍ．容量更大，长度更长的高温超导电缆正在制造当中．美国能源部提出的“电网２０３０”计划中，在２０３０年前要在全美国建设完成超导电缆主干输电网．日本、韩国也相继制定了高温超导技术的中长期发展计划．高温超导电缆在世界范围内即将迎来快速发展期［１～６］．超导电缆根据其电绝缘层的结构，可分为热绝缘超导电缆和冷绝缘超导电缆．其中，热绝缘超导电缆是指电缆的电绝缘层工作在常温下，其结构与传统交联聚乙烯电缆类似，最先进入实际应用．１９９２年，美国能源部与Ｐｉｒｅｌｌｉ公司共同发展了５０ｍ热绝缘超导电缆原型．该电缆的导体层具有８层，层电流大约为５０Ａ．２０００年，Ｐｉｒｅｌｌｉ将超导电缆延长到１２０ｍ，准备安装在Ｄｅｔｒｏｉｔ　Ｅｄｉｓｏｎ变电站，并完成了临界电流、工频耐压等现场试验．由于安装时恒温器破坏，该电缆计划意外中止［１］．随后，２００１年，丹麦ＮＫＴ公司投运了世界上第一条热绝缘超导电缆．并网运行３００天，传输电量大于２．２６亿ｋＷｈ［２］．２００４年，北京云电英纳超导电缆有限公司联合云南电网公司，共同投运了中国第一条热绝缘超导电缆．这也是世界上第三条投运的超导电缆．截止目前，该电缆传输电量超过８亿ｋＷｈ，为目前世界上传输电量最大的超导电缆［３］．此后，２００５年，中科院电工所联合甘肃长通电缆公司还投运了一条１０．５ｋＶ／１．５ｋＡ热绝缘超导电缆［４］．冷绝缘超导电缆是指电缆的电绝缘层工作液氮温度下，电缆的结构形式与传统的油浸电缆有相似之处．冷绝缘超导电缆也基本是同时期发展起来的．２００１年，世界上首条实际应用的高温超导电缆由美国南线电力公司在哥伦布市投入运行［５］．随后，冷绝缘超导电缆获得了较快发展．美国投运了多条冷绝缘超导电缆．日本、韩国也投运了多条冷绝缘超导电缆．截止目前为止，世界上投运的冷绝缘超导电缆约有数十条．预计２０１０年后投运的超导电缆项目主要有荷兰阿姆斯特丹的１５０ｋＶ／２５０ＭＶＡ／６０００ｍ超导电缆、日本东京电力的６６ｋＶ／３ｋＡ／３００ｍ超导电缆、美国曼哈顿的１３．８ｋＶ／４ｋＡ／３００ｍ超导电缆、美国新奥尔良的１３．８ｋＶ／２．５ｋＡ／１７８０ｍ超导电缆、韩国首尔的２２．９ｋＶ／５０ＭＶＡ／５００ｍ超导电缆．这些均为冷绝缘高温超导电缆．世界上已有的及计划中的高温超导电缆项目参见表１［６］．由表可见，目前世界各国的超导电缆示范性项目中，主要采用冷绝缘的结构形式．表１　世界现有及计划中的高温超导项目国家／厂家等级绝缘形式投运时间美国南线１２．５ｋＶ／１．２５ｋＡ／３０ｍ热绝缘２０００－２００５丹麦ＮＫＴ　３０ｋＶ／２．０ｋＡ／３０ｍ热绝缘２００１－２００３中国云电英纳３５ｋＶ／２．０ｋＡ／３３．５ｍ热绝缘２００４－日本古河７７ｋＶ／１．０ｋＡ／５００ｍ冷绝缘２００４－２００５韩国ＬＳ　２２．９ｋＶ／１．２５ｋＡ／３０ｍ冷绝缘２００４．５－１２韩国ＬＳ　２２．９ｋＶ／１．２５ｋＡ／１００ｍ冷绝缘２００７－韩国ＫＥＰＲＩ　２２．９ｋＶ／１．２５ｋＡ／１００ｍ冷绝缘２００６－美国Ａｌｂａｎｙ　３４．５ｋＶ／０．８ｋＡ／３５０ｍ冷绝缘２００６－２００９美国Ｃｏｌｕｍｂｕｓ　１３．２ｋＶ／３．０ｋＡ／２００ｍ冷绝缘２００６－美国长岛１３８ｋＶ／２．４ｋＡ／６６０ｍ冷绝缘２００８－荷兰阿姆斯特丹１５０ｋＶ／２５０ＭＶＡ／６０００ｍ冷绝缘２０１３－日本东京电力６６ｋＶ／３ｋＡ／３００ｍ冷绝缘２０１２－８７１低 温 物 理 学 报第３４卷２结构与性能超导电缆依照结构形式的不同分为冷绝缘超导电缆和热绝缘超导电缆．热绝缘超导电缆本体结构如图１所示，从内到外分别由支撑管，超导导体层、本体恒温器、电绝缘层、铜屏蔽层和外护套层构成．主要的结构特点是电缆的电绝缘层位于恒温器外，工作在室温环境下，与常规电缆相似，电绝缘层可以使用交联聚乙烯制作．图１　热绝缘超导电缆本体结构示意图图２所示为冷绝缘超导电缆本体结构，从内到外分别由支撑管、超导导体层、电绝缘层、超导屏蔽层、本体恒温器、外护套层构成．主要的结构特点是主绝缘位于低温恒温器内，工作在液氮温度环境下．图２　冷绝缘超导电缆本体结构示意图从结构上看，两种电缆的最大不同是主绝缘层的工作温度分别处于室温和液氮低温．这一差别使得这两类超导电缆的绝缘材料、屏蔽结构、绕制工艺、电传输性能等各个方面都有较大区别．首先，由于电绝缘层在电缆结构中所处的位置不同，整个电缆的绝缘结构不同，且与电缆结构相关的屏蔽层、终端、接头等结构也都有相应的改变．例如，对冷绝缘超导电缆而言，由于电绝缘层工作在低温环境下，其外的屏蔽层也可以用超导材料制作，能够达到完全屏蔽的效果．因此对于输送三相交流电，冷绝缘超导电缆可以有三相一体、三相同轴等结构形式，从而达到提高系统制冷的效率，增加电缆容量的目的．热绝缘超导电缆则只能用三相分体的结构，但同时由于其屏蔽层用常规导体制作，大大节省了超导材料的用量，电缆成本较低．其次，由于电绝缘层的工作温度不同，它们的制作材料和制作工艺大不相同．对热绝缘超导电缆，其电绝缘层工作在常温下，可以用常规的绝缘材料，如交联聚乙烯等，采用工艺较为成熟的整体挤塑方法制作．用这种工艺，现在国内外已经可以成熟地生产５００ｋＶ等级的电缆产品．而冷绝缘超导电缆的电绝缘层工作在液氮温度下，必须具备抗热胀冷缩的能力，因此很难使用单一材料用整体成型的方法制作．常用的绝缘材料有聚丙烯层压纸（ＰＰＬＰ）、聚乙烯纸（ＰＥ）、充油电缆纸等，其中较为常用的绝缘材料为ＰＰＬＰ．绝缘层的制作方法为多层带材叠绕法，这与常规的油浸电缆的绝缘层制作有相似之处．显然，超导电缆的不同结构形式也会带来其性能特征的不同．与热绝缘超导电缆相比，冷绝缘超导电缆由于可用超导材料进行电磁场的完全屏蔽，其传输容更大，损耗更低，结构可以更为紧凑，运行制冷成本也可以更低．总之，在交流电的输送上，冷绝缘超导电缆的性能具有一定的优势，是目前国际上超导电缆示范项目中采用的主流结构形式．但这种超导电缆的成本较高，结构较为复杂，制作及安装的难度都较大，存在着一系列技术难点要点，下文从研制１０ｋＶ单相冷绝缘超导电缆的实践经验出发，对设计制作的主要技术难点进行介绍．３技术简介冷、热绝缘超导电缆结构的主要差异体现在电绝缘层和屏蔽层上，因此这两部分的设计及与其相关的电缆导体端部、电缆终端接头的设计等都是制作冷绝缘超导电缆的关键技术．３．１电绝缘层设计及制作电绝缘是超导电缆设计的重要内容．不同的电压等级需要对电绝缘层进行相应的设计，主要应解决三方面的技术问题：绝缘材料选择、绝缘层结构设计、绝缘层消缺．在冷绝缘超导电缆中，电绝缘层在液氮７７Ｋ左右的低温下运行，因此必须采用与液氮相容性良好耐低温的电气绝缘材料．通常使用的低温绝缘材料主要有ＰＰＬＰ、ＰＥ纸、聚酰亚胺薄膜（ＰＩ）、油浸电缆９７１第３期龚伟志等：冷绝缘超导电缆的结构及技术简介纸、聚芳酰胺纤维纸（Ｎｏｍｅｘ）等材料．国外多采用ＰＰＬＰ作为绝缘材料，也有少数使用Ｎｏｍｅｘ纸．绝缘材料的选择主要考虑其电性参数：电阻率、介电常数、介质损耗角正切（ｔａｎδ）、介电强度、局部放电特性等．此外，在液氮温度下这些绝缘材料机械性会发生变化，也因充分考虑其影响．表２所列数据为西安交通大学邱捷、王之瑄等人在液氮温度下对各种绝缘材料电学性能的测量结果及对比［７］．综合考虑，ＰＰＬＰ的技术经济性能较佳．表２　各种绝缘材料性能的比较材料名称电阻率１０１３Ω·ｍ介电常数介质损耗介电强度ｋＶ／ｍｍ工频冲击局放电压ｋＶ延伸率％抗拉强度Ｎ／ｍｍ２电缆纸３．０　２．３＜１０－４　６６～７７　１１３～１３８　５．６５～５．６９　１５　３６ＰＰＬＰ　２９．１　２．３９＜１０－４　１０４　２１７　５．９８　７．５　３０ＰＩ薄膜５７．７　２．２１＜１０－４　１９９　３２９　５．７９　３０　１２１ＬＤＰＥ薄膜２９．７　２．３６＜１０－４　１３４　２７１　５．９７　７０５　１７．７ 说明：材料规格，电缆纸：０．１３和０．１８ｍｍ，聚丙烯层压纸：０．１２ｍｍ，聚酰亚胺薄膜：０．０３８ｍｍ，低密度聚乙烯：０．１３ｍｍ；局部放电测量模型为三层试样叠层，第一层带有直径为６ｍｍ的对接缝隙． 绝缘层结构的设计首先应确定绝缘层的厚度．对于单芯电缆，其绝缘厚度可按下式进行计算Ｅｍ＝ＵＲｃｌｎＲＲｃ（１）式（１）中，Ｕ为电压，大约为２．６～３．３倍的电缆额定电压．考虑冲击试验，可根据保护水平选取．Ｅ为对应的工频击穿场强或冲击击穿强度，ｍ为对应于工频和冲击电压下的安全裕度，一般取１．２～１．６５；Ｒｃ为导电线芯半径，Ｒ为绝缘层外半径．确定了绝缘层的厚度后，需要确定绝缘层的绕制结构．绝缘层的结构示意图如图３所示，由内到外依次是ＰＩ带、碳纸、ＰＰＬＰ、碳纸、ＰＩ带．绝缘层由多层带状绝缘材料绕制而成，这样既便于制作，可保证电缆的可曲度，又分散了绝缘纸带中的弱点，增加绝缘层的均匀度，提高绝缘层的击穿强度，降低绝缘层击穿强度的分散性．绝缘层的绕制方法有搭盖式和间隙式两种．搭盖式比间隙式的可曲度和缠绕紧密度低，因此仅用于紧靠线芯和绝缘层最外的几层，可使表面光滑，减小空隙尺寸．图中碳纸带采用搭盖式缠绕，ＰＰＬＰ带采用间隙式缠绕．绝缘层绕制完成后，应进行消缺处理．绝缘纸带中含有水分会显著降低浸渍后绝缘的介电及老化性能，因此电缆绝缘必须进行干燥．绝缘纸的厚度和不透气性对脉冲击穿强度有显著影响，因此减小纸的厚度、增加纸的不透气度均会增加浸渍纸绝缘的冲击击穿场强．纸层间的间隙相重合，会大大降低浸渍图３　绝缘层示意图［８］纸绝缘的冲击击穿场强，同时也会降低其工频击穿强度．应严格限制间隙重叠数．另外，由于液氮和绝缘纸的介电常数不同，会在通高压的情况下，在间隙间产生局部放电，这一点被认为是耐压退化的主要原因之一．因此，冷绝缘高温超导电缆的绝缘层应该避免局部放电，更好更久的保持操作的稳定性．３．２电缆屏蔽层设计常规电缆的屏蔽层通常用于屏蔽电场，一般单头接地，屏蔽层自身没有电流通过．而冷绝缘超导电缆的屏蔽处于液氮温度下，可使用超导材料制作，它能将电缆由于输送交流电引起的空间电场、磁场的变化完全限制在电缆缆芯内，同时也保护电缆免受外界电场、磁场的影响，从而大大提高超导电缆的输电效率及容量．尤其是对于三芯冷绝缘超导电缆，必须需要考虑磁屏蔽，否则各线芯间的电磁力将会很大．可以采用屏蔽层两端接地的形式，形成的感应回流起到磁屏蔽的作用．对于单芯的冷绝缘电缆，也可０８１低 温 物 理 学 报第３４卷以不考虑磁屏蔽，屏蔽层仅仅起到电场屏蔽的作用．超导屏蔽层包绕在电绝缘层之外，由超导线材螺旋绕制而成，通常是两端接地，若电缆线路长，可采用分段接地的方式．图４　缠绕型应力锥结构图值得注意的是，冷绝缘超导电缆末端屏蔽层终断处局部存在很大的电压梯度，电场过于集中很容易造成绝缘层局部老化和击穿．主要采取应力锥、应力管和电容锥等措施来缓解电场应力集中．应力管应选择高介电常数的材料，但介电常数过大引起的电容电流会产生热量，促使材料老化．老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大的变化，造成该类材料性能上的不稳定．市场上的应力控制材料多为橡胶基材，耐低温性能差．因此，冷绝缘超导电缆的端头缠绕型应力锥的几何形状控制法为佳，其结构示意图如图４所示．图５　单相冷绝缘超导电缆终端结构示意图３．３电缆终端设计及制作电缆终端是冷绝缘超导电缆的重要组成部分，起着连接外部电气设备和制冷设备的作用，是超导电缆中超导体与常导体衔接过渡的部件，也是热应力和漏热集中的主要部位．因此，终端是冷绝缘超导电缆中的关键设计之一，设计要点为：电缆端头设计、电流引线设计、恒温器接口设计等．为便于说明，图５给出了某１０ｋＶ单相冷绝缘超导电缆终端结构示意图以供参考．电缆端头是导电层、屏蔽层、绝缘层终止的位置，容易出现电场集中，造成局部过压击穿．进行绝缘设计时，应缓和端部电场，避免局部过压击穿．另外，导体层及其电流引线处于高电位，而整个恒温端头则处于低电位，恒温器与电流引线之间应留有足够的绝缘距离并有相应的绝缘结构．电流引线设计需要优化计算电流引线的长度和截面积．电流引线的下端与处于液氮冷却的超导电缆导电端头连接，其上端与室温的高电压母线连接．由于存在大约２００Ｋ的温差，必然向超导电缆传热，此传导热与热导率和截面积成正比，而与长度成反比．此外，当负荷电流通过电流引线时又有焦耳热产生，此焦耳热与电阻率和长度成正比，而与截面积成反比．电流引线的设计需要平衡导热及焦耳热的影响，做到电流引线漏热最小．１８１第３期龚伟志等：冷绝缘超导电缆的结构及技术简介接头设计是指电流引线与超导导电层、屏蔽层的连接结构．为了方便电缆端头的装配、维护、修理，电流引线与导电层和屏蔽层之间是活连接．即导电层、屏蔽层有接头，通过接头与电流引线连接．这个接头装配上可拆卸，接头电阻必须很小，避免通流时产生过多的焦耳热．４总 结本文简要地对比了冷、热绝缘超导电缆的结构特点，分析了由于此结构不同带来的电缆制作材料、加工工艺、电缆性能等方面的差异，并从１０ｋＶ冷绝缘超导电缆的设计制作经验出发，扼要地介绍了冷绝缘超导电缆设计制作中的技术要点．参　考　文　献［１］Ｐａｕｌ　Ｍ．Ｇｒａｎｔ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｃａｂｌｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｉｎｇ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ．Ｄｉｇｉｔａｌ　ｌｉｂｒａｒｙ：ｗｗｗ．ｗ２ａｇｚ．ｃｏｍ．［２］Ｊ．Ｏ．Ｗｉｌｌｉｓ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｂｌｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＰｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｖｉｅｗ．，２０（２０００），１０～１４．［３］Ｈ．Ｘ．Ｘｉａ，Ｗ．Ｚ．Ｇｏｎｇ，Ｙ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｃｈｉｎａ’ｓ　３３．５ｍ，３５ｋＶ／２ｋＡ　ＨＴＳ　ａｃ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｂｌｅ’ｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａＣ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，４４５（２００６），１０５４～１０５７．［４］林良真，肖立业．高温超导输电电缆的现状与发展［Ｊ］．电力设备，８（２００７），１～４．［５］Ｊ．Ｐ．Ｓｔｏｖａｌｌ，Ｊ．Ａ．Ｄｅｍｋｏ，Ｐ．Ｗ　Ｆｉｓｈｅｒ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈｗｉｒｅ　３０－ｍｅｔｅｒ　ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎ－ｄｕｃｔｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｂｌｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｕｐｅｒ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．，１１（２００１），２４６７～２４７２．［６］Ｒ．Ｈａｗｓｅｙ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｕ．Ｓ．Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｔｈｅ　２００４ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤＡＰＡＳ　ｗｏｒｋｓｈｏｐ．［７］Ｚ．Ｗａｎｇ，Ｊ．Ｑｉｕ，Ｚ．Ｗｕ．Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒ　ＣＤ　ＨＴＳ　ｃａｂｌｅ［Ｊ］．Ｃｒｙｏ　＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．，３６（２００８），１４～１８．［８］Ｙ．Ｂ．ｌｉｎ，Ｌ．Ｚ．Ｌｉｎ，Ｓ．Ｐ．Ｌｉ．ＰＤ　Ｉｎｃｅｐｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｐｏｌ－ｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　Ｌａｍｉｎａｔｅｄ　Ｐａｐｅｒ／Ｌｉｑｕｉｄ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｉｎｓｕ－ｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　Ｌｏｃａｌ　Ｈｅａｔｉｎｇ．Ａｎｎｕａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ（２００５），３６５～３６８（ｉｎ　Ｊａｐａｎ）．２８１低 温 物 理 学 报第３４卷。