35kV/2kA高温超导电缆系统现场安装、调试和运行缺陷分析
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低温与超导 第34卷第4期 低温电子技术 LT Electronics Cr7o.&Supereon. V01.34 No.4
35 kV/2kA高温超导电缆系统
现场安装、调试和运行缺陷分析
侯波 ,叶锋 ,吴娟 ,谭闵 ,任安林 ,席海霞 ,信赢
(1.中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031;2.云南电网公司,昆明650011;3.云电英纳超导电缆有限公司,北京100176)
摘要:35kV/2l 超导电缆系统的研制,已经完成,并于2004年4月并入云南昆明220kV普吉变电站输电网络正 式运行。该文介绍了普吉超导电缆系统现场安装和调试,总结了其运行情况,分析了电缆系统在一个大修周期内的 故障和缺陷情况。普吉超导电缆系统现场的安装、调试和运行管理,能够适应电力系统相关规范的要求,在电网的统
一调度下,实现安全送电1.6亿度。 关键词:高温超导;电力电缆;运行;缺陷
The analysis of 35kV/2kA HTS cable system site installation.trial and operation fault Hou Bo‘,Ye Feng2,Wu Juan ,Tan Min ,Ren Anlln ,Xi naixh ̄,Xin Ying3 (1.Institute of Plasma Physics,Chin ̄e Academy of Sciences,Hefei 230031,China;2.Yunnan Electric Power Grid Co.,Ltd., Kunming 650051,China;3.Innopower Superconductor Cable Co.,Ltd.,Beijing 100176,China) Abstract:35kV/2kA high temperature superconductor(HTS)cable system Was developed successfully,and operated in the power sad in Kunming Puji 220kV substation in April 2004.This paper introduced the installation and test of Puji HTS cable system,summarized the 0perI on status,and analyzed the fault and limitation in an operation period.The installation,test and operation management of Fuji HrS eabh system could adapt to related criterions of power industry.Under the sad control,the HTS cable system had transmitted power energy about 1.6 hundred million kilowatt—hours. Keywords:Hi Temperature Superconductor(HrS),Power Cable,Operation,Fault
1引言
高温超导电缆的总体发展趋势是发展高电压、大容量、远距离、低损耗、运输安装方便的电力电缆。目前具有 高温超导电缆系统研制能力的国家主要有:美国、丹麦、中国、日本、德国和韩国等 J。美国经历了30米电缆项
目研制后,现已开展百米级高温超导电缆的研制。日本东京电力公司与其它公司机构合作开发了两条66kV/1kA 级电缆模型、两条50米长电缆导体和一条30米长电缆原型,在试验室中进行了深入的试验研究,并已开始百米
电缆的研究工作。韩国起步较晚,但是其政府雄心勃勃地制定了十年规划,从超导带材到超导电缆系统,开展大 规模研究 】。
纵观国际上对高温超导电缆的研究,在电缆导体理论设计和工艺制造以及电缆冷却效果方面已经做了大量
深入的工作,形成了较为成熟的经验。但是,由于大部分项目仅局限于实验室研究,无法将超导电缆并人实际电
网进行验证和完善,造成对以下一些问题涉及较少: ●超导电缆接人电网方式;
●电缆在各种电网运行模式下的运行效果;
●超导电缆与其它常规电力设备的匹配工作;
●电缆的运行、维护管理模式的研究等。 目前,世界上已有三条高温超导电缆系统曾投入电网实际运行,一条是美国Southwire公司研制的12.4 kV,
1.25kA,30m三相冷绝缘电缆,自2000年2月成功实现并网运行直到现在,向该公司的总部、研究中心和生产厂
区三个部分供电,运行稳定,未发生重大故障…。一条是丹麦NKT等公司研制的三相单芯36kV,2kA,30m热绝
基金项目:国家“863”计划支持(2002AA306154;2004AA306110)。 收稿日期:2006—04—30 作者简介:侯波,男,1970年出生,在职博士生,高级工程师,主要研究方向为高温超导电力应用。
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缘电缆,在哥本哈根郊区的Amager变电站实现挂网运行,成为世界上第一根安装于公用电网运行的超导电缆,该
电缆于2001年5月正式接入电网运行,两年后停止运行 引。第三条就是我国普吉变电站的35kV,2kA,30m三相
热绝缘高温超导电缆系统 。 随着超导电缆技术的发展,和电网运行有关的问题将更加突出,本文通过对我国普吉超导电缆系统现场安
装、调试的总结,以及超导电缆系统在电网中的实际运行经验的分析,试图对以上问题的彻底解答提供有益帮助。
2系统概述
安装于云南昆明普吉变电站的33.5米、35kV/2kA超导电缆系统由超导电缆本体、终端、制冷系统、监控保护
系统等四部分组成 引。如图1所示。
其中,监控保护系统承担了对整个系统的检测和控制,并与电网进行数据的交流和工作配合,使电缆系统成
为电网的有机部分。图2为普吉超导电缆系统现场全景。
图1普吉变电站的33.5米、35kV/2kA超导电缆系统组成 Fig.1 The structure of 33.5m 35kV/2kA I-ITS cable system in Puji substation 三相35kV/2kA超导电缆系统集成的主要技术参数见下表。 表1超导电缆系统的主要参数 Tab.1 Main parameters of the HTS cable system
项目 指标 电缆型式 安装形式 运行海拔 电缆长度 额定电压 额定电流 绝缘型式 导体冷却方式 制冷功率 制冷设备 三相交流电力电缆 户外 20oOm 33.5 m 35 kV 2 kA 交联聚乙烯室温绝缘 液氮循环,双通道冷却 2o0OW 7台G—M制冷机 3系统现场安装 图2 35kV/2kA超导电缆系统全景 Fig.2 35kV/2kA HTS cable system overview picture
一般来说,高温超导电力电缆实际使用的最小弯曲直径推荐 值为3米 J,所以,在电缆上盘、下盘以及安装放置时,均要遵循这
一原则。超导电缆比同等容量的常规电缆要轻得多,但是由于低
温恒温器的缘故,超导电缆不能受重力冲击的作用。除此之外,超 导电缆的安装和常规电力电缆基本一致,可以任何方式铺设。根 据变电站实际情况,突出超导电缆柔性的优点 ¨,在电缆布置设
计中,采用了电缆9O度的弯曲放置,见图3所示。
超导电缆一次电气主接线图如图4所示。高温超导电缆系统
与变电站原2#变压器35kV出口线路并行,安装于372#和373#断 路器之间,正常运行时取代原有变压器出口母线,对35kV沙郎线、普冶线、铜厂1、2、3回线、富民线、团钢线、电
化厂线和平玻1、2回线等线路进行供电。 整个系统安装的过程,在设备相关研制单位的指导下,由昆明供电局专业电力施工单位完成,符合电力系统
相关技术规范。
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图3普吉超导电缆布置图 Fig.3 HTS cable system layout in Puji
4系统调试 图4超导电缆一次接线图 Fig.4 Circuit diagram of the HTS cable
系统安装完毕后,进行了如下试验工作:
(1)制冷系统调试,主要是检验各台制冷机组和液氮泵在运输、安装后的工作是否正常,控制信号是否有效
等;
(2)监控保护系统,检验各信号是否安装到位,各保护定值是否设置完毕,系统工作是否正常,以及和变电站
监控系统是否兼容等。
(3)系统冷却试验,对整个电缆系统进行冷却与回温试验,考察系统在温区变化中工作状态是否正常,热绝
缘部件性能是否符合要求等。整个电缆系统经过约18个小时能够从环温冷却到液氮温度。
(4)电气测试,检验电气绝缘状况,测量初始电气参数。由电力部门完全安装国家和电力工业相关标准,对 电缆进行了完整的试验,结果如下:
●环温和液氮冷态下的绝缘电阻:三相均为100000 MI2,合格。
●电容量和介质损耗:结论合格
表2超导电缆电容量和介质损耗测量值 Tab・2 The I-ITS cable’s capacitance and medium 5运行状况及缺陷 loss values in measure
参量 电容量(nF) 介损 :%) 相别 环温 冷态 环温 冷态 A相 15.07 15.18 0.O22 0.026 B相 15.08 15.19 0.O21 0.026 C相 15.08 15.22 0.O22 0.026 5.1运行状况统计
35kV/2kA超导电缆系统自2004年4月19日并网运行以来
运行状况可分为以下三类,统计情况如表4所示:
●正常运行,指超导电缆系统处于正常运行状态,能够完全服
从电网调度的运行安排;
表3超导电缆直流电阻测量值 ●计划停机,指在系统正常的状态下,由于其它原因,超导电 Tab.3 rI1le m.S cable,s resistanee values in measllre缆系统按期停止运行;
A相B相C相 环温(折算至20℃,Mn) 冷态( ) 11.16 11.10 11.09 82 81 78
●冷态交流耐压试验:试验电压55.25kV,时间 1分钟,通过。 ●故障停机,指超导电缆系统因故障无法正常运行,进行停机
维护。 整个超导电缆系统,根据制冷系统液氮泵轴承更换时间(运
行6000小时左右)来确定系统大修周期,第一个大修周期为一年
左右(2004.4至2005.5)。由于电缆系统首期交付变电站全权运
行管理,根据电网要求和科研的需要,以及科技项目结题的需要,要多次进行运行检修人员培训、试验测试、系统
参数调整以及局部维护等工作,并且由于对超导系统运行管理方面经验不多,统筹计划性不够,
造成在首期运行 维普资讯 http://www.cqvip.com