一度電，能讓燒水壺連續(xù)工作1小時，燒出的水能泡上40碗方便面；
一度電，能給平板充電30+次，連著把76集的《甄嬛傳》看3遍；
一度電，能讓音響連續(xù)工作30小時，從白天嗨到黑夜再嗨到白天，做廣場上最靚的仔……
城市中每一度電的傳輸，都離不開一種設(shè)備——電纜

在中國，每年電力傳輸過程中，線路損耗非常大。然而隨著史上最強35千伏超導(dǎo)電纜，橫空出世，線路損耗的難題終于得到解決。
之所以稱它為“史上最強電纜”，是因為它在“超導(dǎo)技術(shù)”的加持下，可實現(xiàn)趨近于零電阻。

在國家電網(wǎng)在上海興建的世界首個35千伏公里級超導(dǎo)輸電示范工程中，它能夠以35千伏“小”電纜，成功輸送2160.12安培電流，達(dá)到220千伏“大”電纜的輸送能力，以歷史性的突破，成為“史上最強”。



裝備之強.01

把這根電纜剖開，可以看到類似“三色圓珠筆”的結(jié)構(gòu)，這正是三相統(tǒng)包結(jié)構(gòu)，外層的絕熱管包裹著三股相互絕緣的超導(dǎo)纜芯，像三根“筆芯”，用來傳送三相交流電。
超導(dǎo)電纜結(jié)構(gòu)中，核心采用僅0.4毫米厚極為纖弱的第二代超導(dǎo)帶材，其中起導(dǎo)電作用的超導(dǎo)層厚度約為1微米，另外還包括不銹鋼基帶、保護(hù)層、緩沖層等。該材料從設(shè)計到生產(chǎn)制造完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
盡管這次超導(dǎo)輸電示范工程只有1.2公里，但超導(dǎo)材料一共使用了近300公里。
在常壓下，超導(dǎo)體達(dá)到“臨界超導(dǎo)溫度”，并具備強大的輸送能力，需要低至77K(-196℃)，這正是液氮的溫度區(qū)間。液氮無毒、無色、無味，取之于空氣，也是制造液氧的副產(chǎn)品。

1升液氮的價格約等于1升礦泉水，價格低廉、制備方便、穩(wěn)定可控的特點，使其成為冷卻介質(zhì)的佼佼者。
為了使超導(dǎo)材料始終保持超導(dǎo)狀態(tài)發(fā)揮最大能效，維持液氮環(huán)境尤其重要。
除了制冷系統(tǒng)的正常運行，電纜外層通過兩層核心結(jié)構(gòu)，牢牢掌控“低溫”和“絕緣”兩大關(guān)鍵因素。雙層柔性真空絕熱管，盡全力減小熱損耗，同時，固體絕緣材料、液氮等形成了強大的復(fù)合絕緣，讓內(nèi)層的三根“筆芯”安穩(wěn)、持續(xù)地在液氮中泡“冷水浴”，低溫、封閉的運行環(huán)境也讓超導(dǎo)電纜具有較長的使用壽命。

工程之難.02

世界首個35千伏公里級超導(dǎo)輸電示范工程，位于上海市中心徐匯老城區(qū)。這里區(qū)域用電需求旺盛，電力負(fù)荷密度高達(dá)每平方公里2.7萬千瓦，相當(dāng)于上海平均電力負(fù)荷密度的5倍。這里高樓與窄巷并行，商圈與社區(qū)相融，河流和軌道交錯，地上，車水馬龍、人流如織；地下，管道繁多、空間狹小。
超導(dǎo)電纜的輸送能力相當(dāng)于4~6回同電壓等級傳統(tǒng)電纜，能節(jié)約70%的地下管廊空間，這樣“小通道大容量”的輸電模式可有效破解超大城市中心負(fù)荷密度高、通道資源有限等難題。

國家電網(wǎng)公司超導(dǎo)團(tuán)隊正在討論研究技術(shù)方案

由于超導(dǎo)帶材的機械性能與傳統(tǒng)導(dǎo)體有較大差異，其敷設(shè)時牽引力、側(cè)壓力、彎曲半徑等參數(shù)毫無經(jīng)驗可循。面對施工過程中的難點與瓶頸，建設(shè)團(tuán)隊通過敷設(shè)試驗、理論計算，采用創(chuàng)新技術(shù)和巧妙設(shè)計將問題一一攻克。
為了將超導(dǎo)輸電技術(shù)順利從“實驗室”跨步應(yīng)用到現(xiàn)有電網(wǎng)的“實戰(zhàn)場”，建設(shè)團(tuán)隊在“螺螄殼里做道場”，一大突破就是敷設(shè)方式首次使用全程排管，不僅占地空間小，還能最大限度減少受外力破壞的影響，同時便于維護(hù)和管理。
由于示范工程位于中心城區(qū)，無法采用全開挖方式施工，建設(shè)團(tuán)隊還研制出了新工藝、新材料以及各種專用器具、設(shè)備，來解決建設(shè)路徑中進(jìn)站難、小轉(zhuǎn)角、大落差、窄通道等多個施工難點。團(tuán)隊創(chuàng)新運用了“泥水平衡頂管”與“大角度繞行”工藝，突破了世界首條商業(yè)化運行公里級超導(dǎo)電纜排管敷設(shè)經(jīng)驗的空白。

國家電網(wǎng)公司超導(dǎo)團(tuán)隊在閔行區(qū)吳涇鎮(zhèn)開展試?yán)嚪旁囼?br />
為了證實施工方案的可行性，確保正式敷設(shè)一次成功，建設(shè)團(tuán)隊在閔行區(qū)吳涇鎮(zhèn)“量身定制”，建設(shè)了試?yán)嚪旁囼瀳龅兀?比1復(fù)原了實際電纜敷設(shè)中難度最大的路段，進(jìn)行了3次實地還原試驗，收集到一批超導(dǎo)電纜在復(fù)雜環(huán)境下敷設(shè)時的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有力支撐了超導(dǎo)電纜的安全、高效敷設(shè)。

運維之細(xì).03

為了對電纜進(jìn)行“全景立體式”守護(hù)，建設(shè)團(tuán)隊自主研發(fā)了超導(dǎo)電纜在線監(jiān)測平臺，搭建起電纜系統(tǒng)運行的“監(jiān)控網(wǎng)”。


在1.2公里的電纜沿線共有電纜工作井9處，建設(shè)者們安裝了智能井蓋、智能地釘、可視化聯(lián)動裝置、液氮監(jiān)測設(shè)備及全線光纖測振裝置等，實時監(jiān)測電纜運行溫度、壓力、電流、通道環(huán)境等多維度參量信息，呈現(xiàn)超導(dǎo)電纜及通道內(nèi)、外部環(huán)境的運行實況。

國家電網(wǎng)公司運維柔性小組對超導(dǎo)輸電設(shè)備開展巡檢工作

監(jiān)測設(shè)備有時會受安裝環(huán)境和使用場景限制，為保證萬無一失，還需要做到“人機”的最佳結(jié)合。
國家電網(wǎng)組建了一支多專業(yè)運維柔性小組，采用了“立體巡檢+集中監(jiān)控”的運維新模式，針對設(shè)備終端等重點區(qū)域設(shè)備，開展紅外測溫以及電流、溫度等重要參量監(jiān)測工作，實現(xiàn)全天候全范圍對運維風(fēng)險的感知。
不僅如此，超導(dǎo)電纜也會接受定期的檢修試驗，分析超導(dǎo)電纜投運后的各層狀態(tài)變化情況，同時結(jié)合日常運維工作，形成工程運維、狀態(tài)評價技術(shù)體系，并完成運維數(shù)據(jù)庫搭建。

國家電網(wǎng)公司超導(dǎo)團(tuán)隊完成相關(guān)規(guī)程、管理規(guī)定、保護(hù)配置整體方案、應(yīng)急預(yù)案的編制

此外，建設(shè)團(tuán)隊還首創(chuàng)編制了高溫超導(dǎo)電纜相關(guān)工作規(guī)程、管理規(guī)定、保護(hù)配置整體方案，以及超導(dǎo)電纜事故應(yīng)急預(yù)案，建設(shè)了涵蓋8大專業(yè)共計15項預(yù)案的超導(dǎo)系統(tǒng)運行應(yīng)急預(yù)案體系。

未來之門.04

2021年12月22日，世界首個35千伏商用公里級超導(dǎo)輸電示范工程在上海中心城區(qū)正式投運，將源源不斷的電能送往轄區(qū)內(nèi)的4.6萬戶用戶，開創(chuàng)了公里級超導(dǎo)輸電技術(shù)在全球城市核心區(qū)域應(yīng)用先例。
相比傳統(tǒng)輸電方式，在滿負(fù)荷運行的情況下，1根35千伏超導(dǎo)電纜的能源供應(yīng)能力約與1回220千伏線路和1臺同電壓等級主變壓器相等，可大幅減少高電壓等級變電站建設(shè)所需空間，“小通道”的輸電模式達(dá)成。
在寸土寸金的上海徐家匯，無論是車水馬龍的繁榮景象和煙火氣息，還是熱衷“Citywalk”的市民都可以踏上埋設(shè)超導(dǎo)輸電的地面穩(wěn)步前行。

國家電網(wǎng)公司超導(dǎo)團(tuán)隊實時監(jiān)測超導(dǎo)輸電工程滿負(fù)荷運行載流量

2023年8月18日12時30分隨著運行電流達(dá)到2160.12安培，超導(dǎo)輸電示范工程首次實現(xiàn)滿負(fù)荷運行，進(jìn)一步刷新了入網(wǎng)超導(dǎo)電纜最大實際運行容量的世界紀(jì)錄。
如果1臺4頭咖啡機功率按照3000瓦計算的話，這根電纜供電瞬時能制作17.5萬杯咖啡。“大容量”輸電成為現(xiàn)實。地表之下，超導(dǎo)電纜馭電而行，為城市中心提供充沛動能，以安全穩(wěn)定和清潔高效的電能輸送，構(gòu)筑發(fā)展“動脈”，挺起能源“脊梁”。
能源保障和安全事關(guān)國計民生，是須臾不可忽視的“國之大者”，超導(dǎo)輸電，是屬于能源保障的未來之路。
自1995年首條30米長的超導(dǎo)電纜建成，各國都在爭相搶奪超導(dǎo)這把“金鑰匙”，國家電網(wǎng)已經(jīng)率先把它牢牢握在手中，成功做到了四個“世界之最”：世界輸送距離最長、接頭數(shù)量最多的超導(dǎo)輸電工程世界輸送容量最大的商業(yè)化運行超導(dǎo)輸電工程世界首個為城市負(fù)荷中心供電的公里級超導(dǎo)輸電工程世界唯一使用全程排管敷設(shè)的超導(dǎo)輸電工程
這個史無前例的開端，已經(jīng)叩響了全新世界的大門。這扇大門的背后，有超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變電站、超導(dǎo)能源混輸管道……
這扇大門的背后，有無數(shù)只存在于《科幻世界》中的各種未來科技；這扇大門的背后，是“碳中和、碳達(dá)峰”美好現(xiàn)實圖景。
今天我們有了第一個1公里，未來就會有5公里、10公里，甚至更長。在新的領(lǐng)域開拓，在新的賽道前行，只要向前的腳步不停，中國超導(dǎo)輸電技術(shù)一定能打開“未來之門”。


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