Надпровідні кабелі, як нове покоління технології передачі електроенергії, стали потужним інструментом для вирішення вузьких місць електропостачання в центральних міських районах і сприяння екологічній трансформації електромережі завдяки їх нульовому опору, низьким втратам і великим характеристикам пропускної здатності. Однак його робота залежить від екстремально низьких температур (приблизно -196 градусів) і точних систем керування, що включає численні технічні проблеми, такі як підтримка низької температури, захист від гасіння та механічна адаптація. Нижче ми детально розглянемо ключові моменти та практичний досвід експлуатації надпровідного кабелю з трьох вимірів: як стабілізувати основні проблеми та методи реагування, як стандартизувати процес експлуатації та як виправити типові проблеми та рішення в поєднанні з реальними випадками.
1, Основні проблеми та практичні рішення для роботи надпровідних кабелів
(1) Підтримка низькотемпературного середовища: стабільність системи рідкого азоту є «виручальним кругом» роботи
Надпровідні матеріали потребують середовища рідкого азоту (-196 градусів), щоб продемонструвати характеристики нульового опору, тому підтримка низької температури середовища є першочерговим завданням. Основні проблеми полягають у контролі витоку тепла в системі циркуляції рідкого азоту (вторгнення тепла з навколишнього середовища може спричинити випаровування рідкого азоту, що порушує умови низьких температур), ефективній роботі холодильного агрегату (вимагає постійного поповнення потужності охолодження) та динамічному балансі тиску в системі та швидкості потоку.
Маючи справу з практикою:
1. Багатошарова ізоляційна конструкція: корпус кабелю загорнуто в подвійну-шарову гнучку вакуумну ізоляційну трубку для зменшення зовнішнього проникнення тепла (наприклад, конструкція ізоляційної трубки демонстраційного проекту 35 кВ у Шанхаї, яка має лише 1/10 втрат тепла в порівнянні з традиційними кабелями);
2. Багатокомпонентна паралельна система охолодження: кілька холодильних установок налаштовано на паралельну роботу, а кількість увімкнених установок динамічно регулюється відповідно до вимог до потужності охолодження (у проекті Shenzhen 10 kV використовуються холодильні установки GM великої охолоджувальної потужності вітчизняного виробництва для вирішення проблеми ефективного теплообміну в невеликих приміщеннях);
3. Моніторинг у режимі реального часу та резервне резервне копіювання: датчики температури, тиску та потоку розгорнуті на ключових вузлах кабельних входів, виходів та холодильних установок (9 робочих колодязів встановлено в Шанхаї, кожен обладнаний обладнанням для моніторингу рідкого азоту). Після виявлення аномалій (таких як температура, що перевищує ± 2 градуси), негайно запускається резервна холодильна установка, щоб забезпечити стабільне низько{4}}температурне середовище.
(2) Захист від перенапруги: технологічний стрибок від «пасивного вимкнення-живлення» до «активного самовідновлення»
Перегрів (явище, коли надпровідні матеріали раптово відновлюють опір через температуру, струм або магнітне поле, що перевищують критичні значення) є найсерйознішою експлуатаційною несправністю надпровідних кабелів, яка може призвести до локального перегріву, пошкодження ізоляції та навіть перегорання обладнання. Традиційні методи захисту покладаються на швидкі відключення електроенергії, але можуть призвести до перебоїв у подачі електроенергії та вплинути на роботу користувача.
Маючи справу з практикою:
1. Багатопараметричний моніторинг злиття: збір даних про температуру кабелю, струм і напругу в режимі реального часу за допомогою волоконно-оптичних вимірювань температури, датчиків струму та трансформаторів напруги (проект Шеньчжень розгорнув волоконно-оптичні пристрої для вимірювання вібрації вздовж 400-метрової кабельної лінії для досягнення вимірювання температури на міліметровому рівні);
2. Інтелектуальний пристрій захисту від гасіння: розроблений інтегрований пристрій "самовосстановлення від гасіння". Коли виявляється раптове збільшення опору (наприклад, понад 0,1 м Ом), пристрій відключає струм замикання протягом 10 мілісекунд і швидко охолоджується через систему охолодження, дозволяючи надпровідному матеріалу знову перейти в надпровідний стан (пристрій захисту Shanghai Engineering досяг самовідновлення після 3 циклів гасіння, не впливаючи на джерело живлення користувача);
3. Проект електромагнітної кільцевої мережі: побудуйте шляхи резервного електропостачання на стороні мережі та підтримуйте електропостачання через комутацію кільцевої мережі під час відключень електроенергії (проект Шеньчжень підключено до кільцевої мережі подвійного живлення в центральному районі Футянь, і швидкість передачі навантаження під час відключень електроенергії досягає 100%).
(3) Адаптація механічних характеристик: «Виклик гнучкості» під час встановлення та експлуатації
Надпровідні кабелі складаються з кількох шарів, таких як надпровідні стрічки (товщиною всього 0,4 міліметра), буферні шари та захисні шари, і їхня механічна міцність набагато нижча, ніж у традиційних мідних кабелів. Надмірне тягове зусилля, малий радіус вигину або вібрація під час монтажу можуть спричинити поломку смуги або розшарування міжшарового шару.
Маючи справу з практикою:
1. Індивідуальний процес прокладки: визначте ключові параметри за допомогою експериментів з моделюванням 1:1 (наприклад, Shanghai Engineering відтворює складне середовище центральної міської зони в місті Вуцзін, район Мінханг, вимірюючи максимально допустиму силу тяги надпровідного кабелю, яка становить 8 кН, і мінімальний радіус вигину, який має становити 1,5 метра);
2. Спеціалізоване обладнання для прокладки: дослідження та розробка обладнання для прокладки з малим кутом і великою краплею (наприклад, Шеньчженьський проект із використанням «верхньої труби балансу грязьової води» та «обхідного каналу з великим кутом» для вирішення проблеми вузьких підземних галерей труб у старих міських районах);
3. Динамічний моніторинг напруги: моніторинг у режимі реального часу натягу кабелю під час процесу прокладання (датчики волоконної решітки Брегга використовуються в проекті Шеньчжень, і автоматичні сигнали тривоги спрацьовують, коли відхилення натягу перевищує ± 5%), і моніторинг вібрації через інтелектуальні шпильки під час роботи (датчики вібрації встановлені у всіх 9 робочих свердловинах проекту в Шанхаї, і заходи поглинання ударів активуються, коли частота вібрації перевищує 10 Гц).
(4) Ізоляція та термоконтроль: подвійний тест "низька температура+висока напруга"
Надпровідні кабелі працюють у середовищі рідкого азоту (-196 градусів) і повинні витримувати напругу 35 кВ або навіть вище. Ізоляційний матеріал повинен мати стійкість до низьких-температур і стійкість до високої напруги. Крім того, кабельні клеми (інтерфейси, підключені до звичайної електромережі) можуть зазнавати локальних високих температур через витік тепла, що може вплинути на ефективність ізоляції.
Маючи справу з практикою:
1. Композитна конструкція ізоляції: використання композитної структури ізоляції з твердих ізоляційних матеріалів (таких як епоксидна смола) і рідкого азоту (товщина шару ізоляції шанхайських кабелів 35 кВ становить лише 20 мм, а опір коронному розряду вдвічі перевищує показники традиційних кабелів);
2. Оптимізація ізоляції терміналу: термінал має вакуумну багатошарову ізоляційну структуру (швидкість витоку тепла на терміналі проекту в Шеньчжені становить менше 0,5 Вт/м, що на 30% нижче, ніж у міжнародному стандарті), а низька{4}}температурний клей заповнюється на межі, щоб запобігти утворенню ізоляційних проміжків, спричинених випаровуванням рідкого азоту;
3. Регулярне випробування ізоляції: Використовуйте мегомметр для вимірювання основного опору ізоляції щокварталу (з вимогою більше або дорівнює 1000 М Ом) і проводите щорічне випробування діелектричних втрат (три-фазний коефіцієнт діелектричних втрат Shanghai Engineering є всім<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, Стандартизований процес роботи надпровідних кабелів
Експлуатація надпровідних кабелів повинна суворо відповідати чотириетапному процесу «експлуатації та технічного обслуговування випробувального мережевого з’єднання з попереднім охолодженням», і ключові параметри повинні бути записані на кожному кроці, щоб забезпечити відстеження.
(1) Стадія попереднього охолодження: поступове охолодження від кімнатної температури до -196 градусів
Попереднє охолодження є критично важливим кроком для початку роботи, тому необхідно уникнути пошкоджень від теплового стресу, спричиненого швидким охолодженням (наприклад, розриву надпровідної стрічки або від’єднання з’єднання). Конкретний процес полягає в наступному:
1. Відкачування системи: Використовуйте вакуумний насос для відкачування внутрішнього трубопроводу кабелю до ступеня вакууму 1 × 10 ⁻ ³ Па, видалення домішок (наприклад, вологи та повітря) і запобігання блокуванню трубопроводу за низьких температур;
2. Продувка азотом: повільно продуйте трубопровід азотом кімнатної температури (швидкість потоку менше або дорівнює 5 м³/год), щоб додатково видалити залишкові домішки;
3. Попереднє охолодження рідким азотом: введіть рідкий азот зі швидкістю 0,5 градуса/хв і поступово знижуйте температуру кабелю (час попереднього охолодження для проекту в Шанхаї становить 48 годин, а кінцева температура стабілізується на рівні -196 градусів ± 2 градуси).
(2) Випробування потоку: практична вправа для перевірки номінальної пропускної здатності струму
Після завершення попереднього охолодження пропускна здатність кабелю по струму повинна бути перевірена за допомогою випробування по струму. В експерименті використовується «метод поточної суперпозиції»:
1. Трифазне коротке замикання на кінці кабелю, підключіть регулятор напруги на початку та поступово збільшуйте струм (починаючи з 10% від номінального струму, збільшуючи на 10% кожні 30 хвилин);
2. Контролюйте фази напруги та струму кожної фази (з необхідною різницею фаз менше або дорівнює 5 градусам), а також температуру (з температурою рідкого азоту на виході менше або дорівнює -190 градусів C);
Коли струм досягає номінального значення (наприклад, номінальний струм 2160 А для кабелю 35 кВ у Шанхаї) і стабілізується протягом 24 годин, тест вважається кваліфікованим.
(3) Робота підключена до мережі: цілодобова гарантія «онлайн-моніторингу + інтелектуальна робота та обслуговування»
Після підключення до мережі необхідно відстежувати такі параметри в режимі-часу за допомогою онлайн-платформи моніторингу:
1. Система рідкого азоту: тиск на вході (0,3-0,5 МПа), температура на виході (-196 градусів ± 2 градуси), швидкість потоку (10-15 л/хв);
2. Електричні параметри: струм (менше або дорівнює номінальному значенню), напруга (± 5% від номінальної напруги), діелектричні втрати (менше або дорівнює 1%);
3. Параметри навколишнього середовища: робоча температура та вологість (температура менше або дорівнює 30 градусам, вологість менше або дорівнює 70%), вібрація (менше або дорівнює 5 Гц).
Команда з експлуатації та технічного обслуговування використовує режим «три{0}}огляду+централізованого моніторингу»: щоденна ручна перевірка робочого колодязя (перевірка того, чи ізоляційна труба не покрита інеєм і чи не працює холодильна машина неправильно), щотижневий аналіз даних онлайн-моніторингу (якщо потік рідкого азоту коливається більше ніж на ± 10%, необхідно перевірити закупорку трубопроводу) і щомісячне інфрачервоне вимірювання температури (термінальна температура). Менше або дорівнює -180 градусів є нормальним).
(4) Регулярне технічне обслуговування: профілактичне технічне обслуговування "оцінка стану + заміна компонентів"
Кожного року експлуатації необхідно комплексне обслуговування:
1. Оцінка ефективності ізоляції: виміряйте основний опір ізоляції (більше або дорівнює 1000 М Ом) і коефіцієнт діелектричних втрат (менше або дорівнює 0,5%);
2. Перевірка механічних характеристик: перевірте наявність тріщин у надпровідній стрічці за допомогою рентгенівського огляду (під час 3-річної роботи Шанхайського проекту пошкодження стрічки не виявлено);
3. Технічне обслуговування холодильної системи: замініть холодильне масло, очистіть теплообмінник (цикл обслуговування холодильної машини в проекті Шеньчжень становить 2000 годин).
3, Можливі проблеми та контрзаходи під час експлуатації
Незважаючи на постійну технологічну оптимізацію, у роботі надпровідного кабелю все ще можуть виникати збої через зміни навколишнього середовища, старіння обладнання або експлуатаційні помилки, тому необхідно розробити цілеспрямовані стратегії реагування.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 градусів)
Причини: витік тепла з ізоляційної трубки (наприклад, пошкодження вакуумного шару), несправність холодильної машини (наприклад, знос компресора) і блокування насоса рідкого азоту (накопичення домішок).
відповідь:
1. Негайно перевірте зовнішній вигляд ізоляційної труби (обмерзлі ділянки можуть бути точками витоку), за допомогою вакуумметра виміряйте ступінь вакууму ізоляційного шару (<1 × 10 ⁻ ² Pa is normal), and if the leakage point is small, seal it with low-temperature glue; If the leakage point is large, replace the insulation pipe;
2. Перехід на резервну холодильну установку (Шанхайський проект оснащений 2 основними холодильними установками та 1 резервною, з часом перемикання менше 5 хвилин);
3. Вимкніть насос рідкого азоту та продуйте трубопровід газоподібним азотом (тиск 0,2 МПа), щоб видалити домішки (колись проект у Шеньчжені був заблокований мідною стружкою, що залишилася під час будівництва, але після продувки трубопровід був відновлений до нормального стану).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Причини: перевищення струму (наприклад, раптове збільшення навантаження користувача), місцевий перегрів (поганий контакт точок зварювання стрічки), перешкоди магнітного поля (великі двигуни поблизу).
відповідь:
1. Захисний пристрій автоматично спрацьовує (час спрацьовування проекту Шеньчжень<10ms), cutting off the fault current;
2. Перевірте поточний запис (якщо раптово збільшиться навантаження, зв’яжіться з користувачем, щоб налаштувати план електроенергії; якщо є проблема з точкою зварювання, повторно зваріть і перевірте опір);
3. Увімкніть холодильну установку, щоб прискорити процес охолодження (цільова температура -196 градусів), і знову підключіться до мережі, коли опір повернеться до 0 (інженери Shanghai одного разу спровокували відключення електроенергії через раптове збільшення навантаження, що автоматично відновило подачу електроенергії через 30 хвилин).
(3) Проблема 3: Поломка кабельної стрічки після прокладання (наприклад, опір ізоляції<100M Ω)
Причина: надмірне тягове зусилля (понад 8 кН), малий радіус вигину (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5 кН/м).
відповідь:
1. Негайно припиніть укладання та використовуйте оптоволокно для визначення місця перелому (точність ± 1 метр);
2. Відріжте зламану секцію, замініть запасну смугу (на ту саму модель, що й оригінальна смуга), повторно зваріть та виконайте обробку ізоляції (проект у Шеньчжені одного разу спричинив розрив смуги через малий радіус вигину, і заміна пройшла випробування);
3. Налаштуйте параметри укладання (наприклад, зменшення швидкості тяги до 0,5 м/хв і збільшення діаметра направляючого колеса для згинання).
