1、超导与超导材料

　　超导是指在一定温度条件下物资电阻突然消失的现象，超导体是指能够发生超导现象的物资。1911年荷兰低温物理学家卡麦林·昂尼斯(KamerlinghOnnes)在低温下丈汞的电阻时发现了超导现象并在其后的几年里又发现了铟、锡和铅等金属超导体。

　　超导体同时具有零电阻、完全抗磁两个怪异的性。它可以无电阻地传输电流的特征，使人们在发现超导现象后立即想到哄骗超导体来传输电流。可是不久人们就发现用这些金属超导体系体例作的导线只在传输很小的电流时才具有零电阻特征，当电流增年夜时又恢复了一般的导体电阻特征。1953年至1973年间，发现了以NbsSn，NbTi，NisGa为代表的铌合金超导体。一些铌合金超导体可以传输较年夜电流而仍能连结零电阻特征，人们哄骗超导体无电阻地传输电流的愿看在发现这些铌合金超导体后才成为可能。

　　超导体只有在处于其超导转变温度以下时才具有超导特征。1986年之前，超导材料的临界转变温度都很低，一般需在昂贵的液氦(气化温度为4.2K，-269.3℃)情况中工作，故称为低温超导体。由于液氦制冷的费用昂贵且不利便，低温超导体的运用持久以来得不到年夜规模成长。1986年，铜基氧化物超导体的发现引发了一场革命性的变化，其缘由是这类新型超导材料的临界转变温度有了很年夜的提高，年夜年夜高于液氮的气化温度(77.8K，-195.7℃)。由于液氮的价格和液氦相比是很低的(液氦价格为人平易近币50～80元／L，而液氮为0.6～1.0元／L)，能为工用户所接受，这样就为超导技术的年夜规模运用提供了不成缺少的条件。现在人们把这些铜基氧化物超导体称为高温超导体。

　　铜基氧化物超导体是一种陶瓷材料，其机械性能比力脆硬，自己是没法制成导线的。今朝使用的高温超导导线是将一种Bi系铜基氧化物超导体的粉末放在银或银合金管里经屡次拉伸和挤压，再经过热处置所获得的。Bi系超导导线经由过程电流的能力是铜导线的100倍以上。现在人们把这类Bi系超导导线叫做第l代高温超导导线。第2代高温超导导线正处于研制阶段，是把稀土l23系铜基氧化物超导体涂在镍或镍合金的基带上，要实现工化生产，还有很多工艺问题尚待解决。第2代高温超导导线载流能力更强，在磁场下的性能也比第1代高温超导导线越，若进进实用阶段，将年夜年夜推动超导技术的工运用。

　　2、超导电力装备

　　超导技术是21世纪具有战略意义的高新技术。超导技术可普遍用于能源、信息、医疗、交通、国防、科学研究及国防军二r等诸多领域。超导技术的普遍运用将会对国平易近经济和人类社会的成长发生庞大的推动作用。

　　电力装备是超导技术运用的一个重要领域，主要哄骗超导体可以无电阻传输年夜电流的特点。今朝列国开发的乇要超导电力装备包括超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导机电和超导储能装配等。

　　2.1超导电缆

　　超导电缆是哄骗超导材料零电阻特征的新一代电力输电电缆。与常规电缆相比，超导电缆具有消耗低、容年夜、材料省、无污染等势。超导电缆的普遍运用，将下降输电消耗，改良和提高电网的稳定性和平安性，节省土地资本，庇护生态情况。

　　2.2超导隰流器

　　超导限流器是哄骗超导体的基本特征，有用限制电力系统故障短路电流，提高电网平安性和稳定性的一种新型电力装备。超导限流器主要用于输变电系统，能有用地抑制事故扩散，解决由于短路电流过年夜而没法联网的问题，为下降高压电网的懦弱性提供新的技术手段。出格是用于生齿密度高、经济成长速度快、对电能需求较高的地域，将会带来很年夜的经济效益和社会效益。

　　2.3超导电枧

　　超导机电包括发机电和电念头。由于采用了超导绕组，与常规机电相比，能够承载更年夜的电流从而发生更强的磁场，所以在与常规机电功率不异的情况下，其体积和重可以减小到常规机电的l／5左右。

　　2.4超导变压器

　　使用超导绕组制成的超导变压器可以年夜年夜地减小变压器的体积和重，并杜尽了传统变压器可能酿成的油污染。由于超导绕组具有较低的消耗，所以运行时也可削减能损失。

　　2.5超导储能装配

　　超导储能装配是哄骗超导线圈将电磁能直接贮存电力第9卷2005年第1期起来，需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力举措措施。由于储能线圈由超导线绕制且维持在超导态，线圈中所贮存的能几近可以无消耗地贮存下往直到需要释放时为止。超导储能装配不仅可用于调理电力系统的峰谷或解决电网瞬中断电对用电装备的影响，而且可用于下降甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特征，同时还可用于无功和功率因数的调理以改善电力系统的稳定性。

　　3、超导电力装备的市场及列国的成长状态

　　超导技术与电力技术的连系将给电力行的发、输、配电带来革命性的改变，同时将会滋生一个具有庞大潜力的超导装备市场。凭据1999年银行组织的超导工峰会展望：2010年，各类超导相关工的产值将到达260亿美元；到2020年，将到达2400亿美元以上。正是基于未来超导电力产物的庞大市场潜力，各主要工国都对超导电力技术的成长给予高度重视和年夜力支持。

　　3.1美国

　　美国能源部从20世纪90年月初起头实施超导项目启动计划，经由过程政府和企配合出资，进一步加速超导运用研究。上第l组超导电缆系统2000年在美国并网试运行。2003年7月，美国能源部在公布的《电网2030，国家关于电力第2个100年的设想》陈述中，把超导电力技术作为美围电网未来30年成长的关头技术之～。陈述中展看在2010年实现几个数10km以上的超导电缆并刚运行，2030年建立基于超导技术的主干输电网络，其中包括超导电缆、超导限流器和超导变压器。表l是美国能源部200()年对超导电力产物的市场展望。

　　3.2欧洲

　　欧洲列国政府和各年夜公司也一直对超导技术的运用研发进行投资，Siemens公司重点开发的是车载变压器和故障限流器。ABB公司在2001年研制成功6.4MVA的电阻型超导限流器。2001年5月，丹麦NKT公刮将三相30m长、30kV／2kA热尽缘结构超导电缆在哥本哈根郊区的Amager变电站并网运行，成为上第2组并网试运行的超导电缆。

　　3.3亚洲

　　日本一直积极展开在超导电缆、变压器、飞轮储能、发机电、限流器等方面的研究开发工作，出格是东京电力公司(TEPCO)和超导线材制造商联合开发高温超导电缆。1999年，TEPCO和Sumitom0ElectricIndustries起头联合研发3芯、100m长的超导电缆，2002年完成制造并在东京电力实验场进行了一系列实验。投进电网实验的还有1kW·h／lMW超导储能和70MW发机电样机。日本政府每一年在超导电力方面的投进以20％生右的速度增加。

　　韩国政府2001年制定了超导技术电力运用的l0年计划，投资2亿美元进行超导电缆、变压器、限流器、机电等运用产物的研发。LG电缆公司2004年生产出长30m，三相，22.9kV／1.25kA超导电缆系统并投进测试。

　　我国在“十五”时代，国家“863”计划设立“超导材料与技术项”，增强了对超导运用技术的研究，在电力运用、强磁体运用和弱电运用等方面周全展开研发。与进步前辈水平之间的差距正日益缩小。今朝我国在超导电力装备方面的主要运用研究项目还包括超导限流器、超导变压器和超导储能系统。

　　由国产超导线材制造的我国第1组、上第3组并网试运行的超导电缆于2004年4月19日在昆明普吉变电站投进运行，该组三订交流33.5m35kV／2kA超导电缆系统运行状态秀，其部门性能指标于今朝已_并网运行的美国和丹麦的超导电缆。该组超导电缆系统由超导电缆本体、终端、制冷及其监控系统、超导电缆监控与庇护系统等4部门组成。二相超导电缆本体在变电站场地上平行安插，以转角90度敷设，B相转弯半径5m。终端是毗连超导电缆、高压母线、液氮制冷系统三者的接口，每根电缆两头各有一套。制冷及其监控系统安装于电缆四周的热工房内，经由过程真空液氮输送管毗连到终端上，对电缆和终端进行冷却。超导电缆监控与庇护系统安装于主控室内，可实现对超导电缆系统的远程监控与庇护。

　　4、我国面临的机遇与挑战

　　随着经济的快速成长，能源供给越来越严重。而在另外一方面电能又年夜浪费在传输进程中。若是使用超导装备，不仅可以削减电力损失，而且可以勤俭年夜的金属材料，这也意味着削减了冶炼金属附带的污染。超导电力装备不单可以知足不竭增加的电力需求，而且可以增壮大容电网的平安性和稳定性，终削减电力运行成本。图2为未来城市超导输电系统设想结构。

　　我国今朝是仅次于美国的第2个电力年夜国，电力建设从2003年起已进进了历史上成长快的时期。我国电力工市场的存和增都十分庞年夜，给电力装备提供了庞大的成长空间，有看成为上超导电力装备的年夜市场。为了在米来的超导电力装备市场占据一个做为主要装备制造同应有的地位，我国应年夜力增强超导电力技术的成长，开发出性能进步前辈、市场竞争力强、有自立常识产权的超导电力装备。

　　超导电力技术是一项进步前辈的高新技术，但同时义依赖于许多传统工技术，是超导材料、机械制造、低温制冷、真空尽热、电气工程、自动控制等多学科的集成。我国成长超导电力技术今朝在制冷装备制造及电气尽缘材料方面还需要一个较年夜的技术提升。