Suprajohtavista kaapeleista on uuden sukupolven voimansiirtoteknologiana tullut tehokas työkalu kaupunkien ydinalueiden tehonsyötön pullonkaulojen ratkaisemiseen ja sähköverkon vihreän muutoksen edistämiseen niiden nollaresistanssin, pienen häviön ja suurten kapasiteettiominaisuuksien ansiosta. Sen toiminta perustuu kuitenkin äärimmäisen alhaisiin lämpötiloihin (noin -196 astetta) ja tarkkuussäätöjärjestelmiin, joihin liittyy useita teknisiä haasteita, kuten alhaisen lämpötilan ylläpito, sammutussuoja ja mekaaninen mukauttaminen. Alla tarkastellaan suprajohtavien kaapelien toiminnan keskeisiä kohtia ja käytännön kokemuksia kolmesta ulottuvuudesta: kuinka vakautetaan ydinongelmat ja reagointikäytännöt, miten standardisoidaan toimintaprosessi ja kuinka korjataan tyypillisiä ongelmia ja ratkaisuja yhdistettynä todellisiin tapauksiin.
1, Suprajohtavien kaapelien toiminnan ydinkysymykset ja käytännön ratkaisut
(1) Matalan lämpötilan ympäristön ylläpito: nestemäisen typen järjestelmän vakaus on toiminnan "elinehto".
Suprajohtavat materiaalit vaativat nestemäistä typpeä sisältävää ympäristöä (-196 astetta), jotta niiden vastusominaisuudet ovat nolla, joten alhaisen lämpötilan ylläpitäminen on ensisijainen tehtävä. Keskeiset haasteet ovat lämpövuodon hallinta nestetypen kiertojärjestelmässä (ympäristölämmön tunkeutuminen voi aiheuttaa nestetypen höyrystymistä, häiritsee matalan lämpötilan olosuhteita), jäähdytysyksikön tehokas toiminta (vaatii jatkuvaa jäähdytyskapasiteetin täydentämistä) sekä järjestelmän paineen ja virtausnopeuden dynaaminen tasapaino.
Harjoitteleminen:
1. Monikerroksinen eristysrakenne: Kaapelin runko on kääritty kaksikerroksiseen joustavaan tyhjiöeristysputkeen ulkoisen lämmön tunkeutumisen vähentämiseksi (kuten Shanghain 35 kV:n demonstraatioprojektin eristeputkisuunnittelu, jossa on vain 1/10 perinteisten kaapelien lämpöhäviöstä).
2. Usean koneen rinnakkaisjäähdytysjärjestelmä: Useat jäähdytysyksiköt on konfiguroitu toimimaan rinnakkain, ja päälle kytkettävien yksiköiden lukumäärää säädetään dynaamisesti jäähdytystehovaatimusten mukaan (Shenzhen 10 kV -projektissa käytetään kotimaassa tuotettuja suuren jäähdytyskapasiteetin GM-jäähdytysyksiköitä tehokkaan lämmönvaihdon ongelman ratkaisemiseksi pienissä tiloissa);
3. Reaaliaikainen valvonta ja redundantti varmuuskopiointi: Lämpötila-, paine- ja virtausanturit on sijoitettu kaapelien sisään-, ulostulo- ja jäähdytysyksiköiden tärkeimpiin solmukohtiin (Shanghaissa on perustettu 9 työkaivoa, joista jokainen on varustettu nestemäisen typen valvontalaitteistolla). Kun poikkeavuuksia havaitaan (kuten lämpötila yli ± 2 astetta), varajäähdytysyksikkö käynnistetään välittömästi varmistaakseen vakaan matalan lämpötilan.
(2) Ylijännitesuojaus: tekninen harppaus "passiivisesta virransyötöstä-pois päältä" "aktiiviseen itsepalautukseen"
Ylikuumeneminen (ilmiö, jossa suprajohtavat materiaalit palauttavat äkillisesti resistanssin kriittiset arvot ylittävän lämpötilan, virran tai magneettikentän vuoksi) on suprajohtavien kaapelien vakavin toimintahäiriö, joka voi johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen, eristysvaurioihin ja jopa laitteiden palamiseen. Perinteiset suojausmenetelmät perustuvat nopeisiin sähkökatkoihin, mutta voivat johtaa sähkökatkoihin ja vaikuttaa käyttökokemukseen.
Harjoitteleminen:
1. Moniparametrien fuusiovalvonta: Kaapelin lämpötila-, virta- ja jännitetietojen reaaliaikainen kerääminen valokuitulämpötilan mittauksen, virta-anturien ja jännitemuuntajien avulla (Shenzhen-projektissa käytettiin valokuituvärähtelyn mittauslaitteita pitkin 400 metrin kaapelilinjaa millimetritason lämpötilan mittauksen saavuttamiseksi);
2. Älykäs sammutussuojalaite: Kehitetty integroitu laite "sammutuslaukaisun itsepalautukseen". Kun resistanssin äkillinen nousu (kuten yli 0,1 m Ω) havaitaan, laite katkaisee vikavirran 10 millisekunnissa ja jäähtyy nopeasti jäähdytysjärjestelmän läpi, jolloin suprajohtava materiaali pääsee jälleen suprajohtavaan tilaan (Shanghai Engineeringin suojalaite on saavuttanut itsepalautumisen 3 virransyötön jälkeen ilman, että se vaikuttaa käyttäjän virransyöttöön);
3. Sähkömagneettisen rengasverkon suunnittelu: Rakenna redundantteja virransyöttöpolkuja verkon puolelle ja ylläpidä virransyöttöä rengasverkkokytkennällä sähkökatkojen aikana (Shenzhenin projekti on kytketty kaksoissähkörengasverkkoon Futianin keskusalueella ja kuorman siirtonopeus sähkökatkojen aikana saavuttaa 100 %).
(3) Mekaaninen suorituskyvyn mukauttaminen: "Joustavuushaaste" asennuksessa ja käytössä
Suprajohtavat kaapelit koostuvat useista kerroksista, kuten suprajohtavista nauhoista (vain 0,4 mm paksuista), puskurikerroksista ja suojakerroksista, ja niiden mekaaninen lujuus on paljon pienempi kuin perinteisillä kuparikaapeleilla. Liiallinen vetovoima, pieni taivutussäde tai tärinä asennuksen aikana voivat aiheuttaa nauhan rikkoutumisen tai kerrosten välisen delaminoitumisen.
Harjoitteleminen:
1. Räätälöity asennusprosessi: Määritä avainparametrit 1:1-simulaatiokokeiden avulla (kuten Shanghai Engineering toistaa Wujingin kaupungin keskustassa, Minhangin alueella, mittaamalla suprajohtavan kaapelin suurimmaksi sallituksi vetovoimaksi 8 kN ja pienimmäksi taivutussädeeksi 1,5 metriä);
2. Erikoistuneet asennuslaitteet: pienten kulmien ja suurten pudotuslaitteiden tutkimus ja kehittäminen (kuten Shenzhen-projekti, jossa käytetään "muta-vesitasapainon yläputkia" ja "suuren kulman ohitusprosesseja" kapeiden maanalaisten putkigallerioiden ongelman ratkaisemiseksi vanhoilla kaupunkialueilla);
3. Dynaaminen jännitysvalvonta: Kaapelin kireyden reaaliaikainen seuranta asennusprosessin aikana (Shenzhen-projektissa käytetään kuitu-Bragg-ritiläantureita ja automaattiset hälytykset laukeavat, kun jännityspoikkeama ylittää ± 5%) ja tärinänvalvonta älykkäiden maatappien avulla käytön aikana (värähtelyanturit asennetaan kaikkiin 9 työkaivoon kun Shanghai-projektin tärinätaajuus ylittyy, ja mitataan 10 Hz).
(4) Eristys ja lämmönhallinta: kaksoistesti "matala lämpötila + korkea jännite"
Suprajohtavat kaapelit toimivat nestemäisessä typessä (-196 astetta) ja niiden on kestettävä 35 kV tai jopa korkeampi jännite. Eristysmateriaalilla on oltava sekä alhainen-lämpötietuus että korkeajännitekestävyys. Lisäksi kaapeliliittimet (tavanomaiseen sähköverkkoon liitetyt liitännät) voivat kokea paikallisia korkeita lämpötiloja lämpövuodon vuoksi, mikä voi vaikuttaa eristyksen suorituskykyyn.
Harjoitteleminen:
1. Komposiittieristyssuunnittelu: kiinteiden eristysmateriaalien (kuten epoksihartsi) ja nestemäisen typen komposiittieristysrakenne (Shanghain 35kV-kaapeleiden eristekerroksen paksuus on vain 20 mm ja koronavastus on kaksinkertainen perinteisiin kaapeleihin verrattuna);
2. Terminaalin eristyksen optimointi: Terminaalissa on tyhjiö-monikerroksinen eristysrakenne (Shenzhen-projektin terminaalin lämpövuotonopeus on alle 0,5 W/m, mikä on 30 % alhaisempi kuin kansainvälinen standardi), ja matalan lämpötilan liimaa täytetään rajapinnassa nestemäisen typen höyrystymisen aiheuttamien eristysrakojen estämiseksi;
3. Säännöllinen eristystestaus: Mittaa megaohmimittarilla pääeristysresistanssi neljännesvuosittain (vaatimuksena on suurempi tai yhtä suuri kuin 1000 M Ω) ja suorita vuotuinen eristehäviötestaus (Shanghai Engineeringin kolmivaiheinen dielektrinen häviökerroin on kaikki<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, suprajohtavien kaapelien standardoitu toimintaprosessi
Suprajohtavien kaapeleiden toiminnan on noudatettava tiukasti nelivaiheista prosessia "esijäähdytystestiverkkoyhteyden käyttö ja ylläpito", ja keskeiset parametrit on kirjattava jokaisessa vaiheessa jäljitettävyyden varmistamiseksi.
(1) Esijäähdytysvaihe: asteittainen jäähdytys huoneenlämpötilasta -196 asteeseen
Esijäähdytys on kriittinen vaihe käynnistettäessä, ja nopean jäähdytyksen aiheuttamia lämpörasituksen aiheuttamia vahinkoja (kuten suprajohtavan nauhan katkeaminen tai liitoksen irtoaminen) on vältettävä. Erityinen prosessi on seuraava:
1. Järjestelmän tyhjennys: Käytä tyhjiöpumppua kaapelin sisäisen putkiston tyhjentämiseen 1 × 10 ⁻ ³ Pa:n alipaineasteeseen, poista epäpuhtaudet (kuten kosteus ja ilma) ja estä putkiston tukkeutuminen alhaisissa lämpötiloissa;
2. Typenpuhallus: Puhalla putkistoa hitaasti huoneenlämpöisellä typellä (virtausnopeus enintään 5 m³/h) jäämien epäpuhtauksien poistamiseksi edelleen;
3. Nestemäisen typen esijäähdytys: Ruiskuta nestemäistä typpeä nopeudella 0,5 astetta/min ja alenna kaapelin lämpötilaa vähitellen (Shanghai-projektin esijäähdytysaika on 48 tuntia ja lopullinen lämpötila stabiloituu -196 ± 2 asteeseen).
(2) Virtaustesti: käytännön harjoitus nimellisvirran kantokyvyn tarkistamiseksi
Kun esijäähdytys on valmis, kaapelin virrankesto on tarkistettava virrankestotestillä. Kokeessa käytetään "nykyistä superpositiomenetelmää":
1. Kolmivaiheinen oikosulku kaapelin päässä, kytke jännitteensäädin alussa ja lisää virtaa vähitellen (alkaen 10 %:sta nimellisvirrasta, kasvaa 10 % 30 minuutin välein);
2. Tarkkaile kunkin vaiheen jännite- ja virtavaiheita (vaaditulla vaihe-erolla, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 5 astetta), sekä lämpötilaa (nestemäisen typen ulostulolämpötilan ollessa alle tai yhtä suuri kuin -190 astetta C);
Kun virta saavuttaa nimellisarvon (kuten 2160 A:n nimellisvirran 35 kV kaapelille Shanghaissa) ja tasaantuu 24 tunniksi, testi on hyväksytty.
(3) Verkkoon kytketty toiminta: 24/7-takuu "online-valvonnasta + älykkäästä käytöstä ja ylläpidosta"
Verkkoyhteyden jälkeen seuraavia parametreja on valvottava reaaliajassa{0}}online-valvontaalustan kautta:
1. Nestemäinen typpijärjestelmä: tulopaine (0,3-0,5 MPa), ulostulolämpötila (-196 astetta ± 2 astetta), virtausnopeus (10-15 l/min);
2. Sähköiset parametrit: virta ( pienempi tai yhtä suuri kuin nimellisarvo), jännite (± 5 % nimellisjännitteestä), dielektrinen häviö ( pienempi tai yhtä suuri kuin 1 %);
3. Ympäristöparametrit: työskentelykaivon lämpötila ja kosteus (lämpötila enintään 30 astetta, kosteus enintään 70 %), tärinä (vähemmän tai yhtä suuri kuin 5 Hz).
Käyttö- ja huoltotiimi ottaa käyttöön "kolmi{0}}ulotteisen tarkastus+keskitetty valvonta" -tilan: työkaivoon päivittäinen manuaalinen tarkastus (tarkistaa, onko eristeputki huurtunut ja onko jäähdytyskone käynnissä epänormaalisti), viikoittainen online-valvontatietojen analysointi (jos nestemäisen typen virtaus vaihtelee yli ± 10 %, lämpötilan mittaus on tarpeen, lämpötilan mittaaminen kuukausittain ja putkistojen tukos on normaalia tai yhtä suuri kuin -180 astetta).
(4) Säännöllinen huolto: "tilan arvioinnin + komponenttien vaihto" ennaltaehkäisevä huolto
Kattava huolto vaaditaan joka vuosi:
1. Eristyksen suorituskyvyn arviointi: Mittaa pääeristysresistanssi (Suurempi tai yhtä suuri kuin 1000M Ω) ja dielektrinen häviökerroin (Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5%);
2. Mekaanisen suorituskyvyn tarkastus: Tarkista, onko suprajohtavassa nauhassa halkeamia röntgentarkastuksella (nauhassa ei havaittu vaurioita Shanghain projektin 3-vuotisen toiminnan aikana);
3. Jäähdytysjärjestelmän huolto: vaihda jäähdytysöljy, puhdista lämmönvaihdin (Shenzhen-projektin kylmäkoneen huoltojakso on 2000 tuntia).
3, Mahdolliset ongelmat ja vastatoimenpiteet käytön aikana
Jatkuvasta teknologisesta optimoinnista huolimatta suprajohtavien kaapelien toiminnassa voi silti esiintyä toimintahäiriöitä ympäristömuutosten, laitteiden ikääntymisen tai toimintavirheiden vuoksi, ja kohdennettuja reagointistrategioita on kehitettävä.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 astetta)
Syyt: Lämmön vuoto eristysputkesta (kuten alipainekerroksen vaurioituminen), jäähdytyskoneen vika (kuten kompressorin kuluminen) ja nestetyppipumpun tukkeutuminen (epäpuhtauksien kerääntyminen).
vastaus:
1. Tarkasta välittömästi eristeputken ulkonäkö (routaalueet voivat olla vuotokohtia), käytä alipainemittaria eristekerroksen alipaineen mittaamiseen (<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. Vaihda varajäähdytysyksikköön (Shanghai-projekti on varustettu 2 pääjäähdytysyksiköllä ja 1 varayksiköllä, joiden kytkentäaika on alle 5 minuuttia);
3. Sammuta nestetyppipumppu ja puhalla putki takaisin typpikaasulla (paine 0,2 MPa) epäpuhtauksien poistamiseksi (Shenzhen-projekti esti aikoinaan rakentamisen aikana jäljelle jääneiden kuparilastujen takia, mutta putkilinja palautettiin takaisin puhalluksen jälkeen).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Syyt: Ylivirta (kuten äkillinen käyttäjän kuormituksen kasvu), paikallinen ylikuumeneminen (huono kosketus nauhan hitsauspisteisiin), magneettikentän häiriö (suurten moottoreiden lähellä).
vastaus:
1. Suojalaite laukeaa automaattisesti (Shenzhen-projektin laukaisuaika<10ms), cutting off the fault current;
2. Tarkista nykyinen ennätys (jos kuormitus kasvaa äkillisesti, ota yhteyttä käyttäjään sähkösuunnitelman säätämiseksi; jos hitsauspisteessä on ongelmia, hitsaa uudelleen ja testaa vastus);
3. Käynnistä jäähdytysyksikkö nopeuttaaksesi jäähdytysprosessia (tavoitelämpötila -196 astetta) ja kytke se takaisin verkkoon, kun vastus palaa nollaan (Shanghai-tekniikka laukaisi kerran sähkökatkoksen äkillisen kuormituksen lisääntymisen vuoksi, mikä palautti virransyötön automaattisesti 30 minuutin kuluttua).
(3) Ongelma 3: Kaapeliliuskan rikkoutuminen asennuksen jälkeen (kuten eristysvastus<100M Ω)
Syy: Liiallinen vetovoima (yli 8 kN), pieni taivutussäde (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5 kN/m).
vastaus:
1. Lopeta asettelu välittömästi ja käytä valokuitua murtuman sijainnin havaitsemiseen (tarkkuus ± 1 metri);
2. Leikkaa katkennut osa pois, vaihda varanauha (samalla mallilla kuin alkuperäinen nauha), hitsaa uudelleen ja suorita eristyskäsittely (Shenzhen-projekti aiheutti kerran nauhan katkeamisen pienen taivutussäteen takia, ja vaihto läpäisi testin);
3. Säädä asennusparametreja (kuten alentamalla vetonopeutta 0,5 m/min ja lisäämällä taivutettavan ohjauspyörän halkaisijaa).
