Τα υπεραγώγιμα καλώδια, ως νέα γενιά τεχνολογίας μετάδοσης ισχύος, έχουν γίνει ένα ισχυρό εργαλείο για την επίλυση προβλημάτων τροφοδοσίας σε αστικές περιοχές του πυρήνα και την προώθηση του πράσινου μετασχηματισμού του ηλεκτρικού δικτύου λόγω της μηδενικής αντίστασης, των χαμηλών απωλειών και των χαρακτηριστικών μεγάλης χωρητικότητας. Ωστόσο, η λειτουργία του βασίζεται σε περιβάλλοντα ακραίας χαμηλής θερμοκρασίας (περίπου -196 μοίρες) και συστήματα ελέγχου ακριβείας, που περιλαμβάνουν πολλαπλές τεχνικές προκλήσεις όπως συντήρηση σε χαμηλή θερμοκρασία, προστασία απόσβεσης και μηχανική προσαρμογή. Παρακάτω, θα αναλύσουμε τα βασικά σημεία και την πρακτική εμπειρία της λειτουργίας υπεραγώγιμων καλωδίων από τρεις διαστάσεις: πώς να σταθεροποιήσετε τα βασικά ζητήματα και τις πρακτικές απόκρισης, πώς να τυποποιήσετε τη διαδικασία λειτουργίας και πώς να επιδιορθώσετε τυπικά προβλήματα και λύσεις, σε συνδυασμό με πραγματικές περιπτώσεις.
1, Βασικά ζητήματα και πρακτικές λύσεις για τη λειτουργία υπεραγώγιμων καλωδίων
(1) Συντήρηση περιβάλλοντος χαμηλής θερμοκρασίας: η σταθερότητα του συστήματος υγρού αζώτου είναι η "σωσίβια" της λειτουργίας
Τα υπεραγώγιμα υλικά απαιτούν περιβάλλον υγρού αζώτου (-196 μοίρες) για να παρουσιάζουν χαρακτηριστικά μηδενικής αντίστασης, επομένως η διατήρηση περιβάλλοντος χαμηλής θερμοκρασίας είναι το πρωταρχικό καθήκον. Οι βασικές προκλήσεις έγκεινται στον έλεγχο της διαρροής θερμότητας στο σύστημα κυκλοφορίας υγρού αζώτου (η διείσδυση θερμότητας στο περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει εξάτμιση υγρού αζώτου, διαταραχές των συνθηκών χαμηλής θερμοκρασίας), την αποτελεσματική λειτουργία της ψυκτικής μονάδας (που απαιτεί συνεχή αναπλήρωση της ικανότητας ψύξης) και τη δυναμική ισορροπία της πίεσης και του ρυθμού ροής του συστήματος.
Η ενασχόληση με την πρακτική:
1. Σχέδιο μόνωσης πολλαπλών στρώσεων: Το σώμα του καλωδίου είναι τυλιγμένο σε έναν εύκαμπτο-σωλήνα μόνωσης κενού διπλής στρώσης για τη μείωση της εξωτερικής διείσδυσης θερμότητας (όπως ο σχεδιασμός του μονωτικού σωλήνα του έργου επίδειξης 35 kV της Σαγκάης, που έχει μόνο το 1/10 της απώλειας θερμότητας των παραδοσιακών καλωδίων).
2. Σύστημα παράλληλης ψύξης πολλαπλών μηχανών: Πολλαπλές ψυκτικές μονάδες έχουν ρυθμιστεί να λειτουργούν παράλληλα και ο αριθμός των μονάδων που θα ενεργοποιηθούν προσαρμόζεται δυναμικά σύμφωνα με τις απαιτήσεις ψυκτικής ικανότητας (το έργο Shenzhen 10 kV χρησιμοποιεί εγχώριες ψυκτικές μονάδες GM μεγάλης χωρητικότητας ψύξης για την επίλυση του προβλήματος της αποτελεσματικής ανταλλαγής θερμότητας σε μικρούς χώρους).
3. Παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και περιττή δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας: Οι αισθητήρες θερμοκρασίας, πίεσης και ροής αναπτύσσονται σε βασικούς κόμβους εισόδων, εξόδων και ψυκτικών μονάδων καλωδίων (9 φρεάτια εργασίας έχουν εγκατασταθεί στη Σαγκάη, το καθένα εξοπλισμένο με εξοπλισμό παρακολούθησης υγρού αζώτου). Μόλις εντοπιστούν ανωμαλίες (όπως θερμοκρασία που υπερβαίνει τους ± 2 βαθμούς), η εφεδρική μονάδα ψύξης ξεκινά αμέσως για να διασφαλιστεί σταθερό περιβάλλον χαμηλής- θερμοκρασίας.
(2) Προστασία από υπέρταση: ένα τεχνολογικό άλμα από την "παθητική τροφοδοσία-απενεργοποίηση" στην "ενεργητική αυτο-ανάκτηση"
Η υπερθέρμανση (το φαινόμενο των υπεραγώγιμων υλικών που αποκαθιστούν ξαφνικά την αντίσταση λόγω θερμοκρασίας, ρεύματος ή μαγνητικού πεδίου που υπερβαίνει τις κρίσιμες τιμές) είναι η πιο σοβαρή λειτουργική αστοχία των υπεραγώγιμων καλωδίων, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε τοπική υπερθέρμανση, ζημιά στη μόνωση, ακόμη και σε εξάντληση του εξοπλισμού. Οι παραδοσιακές μέθοδοι προστασίας βασίζονται σε γρήγορες διακοπές ρεύματος, αλλά μπορεί να οδηγήσουν σε διακοπές ρεύματος και να επηρεάσουν την εμπειρία του χρήστη.
Η ενασχόληση με την πρακτική:
1. Παρακολούθηση σύντηξης πολλαπλών παραμέτρων: Συλλογή δεδομένων θερμοκρασίας, ρεύματος και τάσης σε πραγματικό χρόνο μέσω μέτρησης θερμοκρασίας οπτικών ινών, αισθητήρων ρεύματος και μετασχηματιστών τάσης (το έργο Shenzhen ανέπτυξε συσκευές μέτρησης κραδασμών οπτικών ινών κατά μήκος της καλωδιακής γραμμής 400 μέτρων για να επιτύχει ανίχνευση θερμοκρασίας σε επίπεδο χιλιοστών).
2. Έξυπνη συσκευή προστασίας από σβέση: Αναπτύχθηκε μια ενσωματωμένη συσκευή "αυτοανάκτησης από το σβήσιμο". Όταν ανιχνευτεί μια ξαφνική αύξηση της αντίστασης (όπως πάνω από 0,1 m Ω), η συσκευή διακόπτει το ρεύμα σφάλματος εντός 10 χιλιοστών του δευτερολέπτου και ψύχεται γρήγορα μέσω του συστήματος ψύξης, επιτρέποντας στο υπεραγώγιμο υλικό να εισέλθει ξανά στην υπεραγώγιμη κατάσταση (η συσκευή προστασίας της Shanghai Engineering έχει επιτύχει τον κύκλο τροφοδοσίας αυτόματης ανάκτησης 3).
3. Σχεδιασμός δικτύου ηλεκτρομαγνητικού δακτυλίου: Κατασκευάστε πλεονάζουσες διαδρομές τροφοδοσίας στην πλευρά του δικτύου και διατηρήστε την τροφοδοσία ρεύματος μέσω μεταγωγής δικτύου δακτυλίου κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος (το έργο Shenzhen συνδέεται με το δίκτυο διπλού δακτυλίου ισχύος στην κεντρική περιοχή Futian και ο ρυθμός μεταφοράς φορτίου κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος φτάνει το 100%).
(3) Προσαρμογή μηχανικής απόδοσης: Η «Πρόκληση ευελιξίας» στην εγκατάσταση και τη λειτουργία
Τα υπεραγώγιμα καλώδια αποτελούνται από πολλαπλά στρώματα, όπως υπεραγώγιμες ταινίες (πάχους μόνο 0,4 χιλιοστών), στρώματα προστασίας και προστατευτικά στρώματα και η μηχανική τους αντοχή είναι πολύ χαμηλότερη από τα παραδοσιακά χάλκινα καλώδια. Η υπερβολική δύναμη έλξης, η μικρή ακτίνα κάμψης ή οι κραδασμοί κατά την εγκατάσταση μπορεί να προκαλέσουν θραύση της λωρίδας ή αποκόλληση του ενδιάμεσου στρώματος.
Η ενασχόληση με την πρακτική:
1. Προσαρμοσμένη διαδικασία τοποθέτησης: Προσδιορίστε βασικές παραμέτρους μέσω πειραμάτων προσομοίωσης 1:1 (όπως το Shanghai Engineering που αναπαράγει το περίπλοκο περιβάλλον της κεντρικής αστικής περιοχής στην πόλη Wujing, στην περιοχή Minhang, μετρώντας τη μέγιστη επιτρεπόμενη δύναμη έλξης του υπεραγώγιμου καλωδίου να είναι 8 kN και η ελάχιστη ακτίνα κάμψης 1,5 μέτρα).
2. Εξειδικευμένος εξοπλισμός τοποθέτησης: έρευνα και ανάπτυξη εξοπλισμού τοποθέτησης μικρής γωνίας και μεγάλης σταγόνας (όπως το έργο Shenzhen με τη χρήση των διεργασιών "top pipe balance water balance" και "large angle bypass" για την επίλυση του προβλήματος των στενών υπόγειων στοών σωλήνων σε παλιές αστικές περιοχές).
3. Παρακολούθηση δυναμικής καταπόνησης: Παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της τάσης του καλωδίου κατά τη διαδικασία τοποθέτησης (οι αισθητήρες πλέγματος ινών Bragg χρησιμοποιούνται στο έργο Shenzhen και ενεργοποιούνται αυτόματες συναγερμοί όταν η απόκλιση τάσης υπερβαίνει το ± 5%) και παρακολούθηση κραδασμών μέσω έξυπνων μπουλονιών εδάφους κατά τη λειτουργία (οι αισθητήρες κραδασμών εγκαθίστανται και στα 9 μέτρα κραδασμού και στα 9 λειτουργούντα καλά έργα η συχνότητα δόνησης υπερβαίνει τα 10 Hz).
(4) Μόνωση και θερμική διαχείριση: Διπλή δοκιμή "χαμηλής θερμοκρασίας + υψηλής τάσης"
Τα υπεραγώγιμα καλώδια λειτουργούν σε περιβάλλον υγρού αζώτου (-196 μοίρες ) και πρέπει να αντέχουν σε τάσεις 35 kV ή και υψηλότερες. Το μονωτικό υλικό πρέπει να έχει σκληρότητα σε χαμηλή-θερμοκρασία και αντίσταση υψηλής τάσης. Επιπλέον, οι ακροδέκτες καλωδίων (διεπαφές συνδεδεμένες στο συμβατικό ηλεκτρικό δίκτυο) ενδέχεται να παρουσιάσουν τοπικές υψηλές θερμοκρασίες λόγω διαρροής θερμότητας, οι οποίες μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση της μόνωσης.
Η ενασχόληση με την πρακτική:
1. Σχεδιασμός σύνθετης μόνωσης: χρήση σύνθετης δομής μόνωσης από στερεά μονωτικά υλικά (όπως εποξειδική ρητίνη) και υγρό άζωτο (το πάχος του μονωτικού στρώματος των καλωδίων 35kV της Σαγκάης είναι μόνο 20 mm και η αντίσταση κορώνας είναι διπλάσια από τα παραδοσιακά καλώδια).
2. Βελτιστοποίηση μόνωσης τερματικού: Το τερματικό υιοθετεί μια δομή μόνωσης πολλαπλών- κενού (ο ρυθμός διαρροής θερμότητας τερματικού του έργου Shenzhen είναι μικρότερος από 0,5 W/m, που είναι 30% χαμηλότερος από το διεθνές πρότυπο) και γεμίζεται κόλλα χαμηλής- θερμοκρασίας στη διεπαφή για να αποτραπούν τα κενά μόνωσης του υγρού ατμού.
3. Τακτικές δοκιμές μόνωσης: Χρησιμοποιήστε ένα μεγαχόμετρο για να μετράτε την κύρια αντίσταση μόνωσης κάθε τρίμηνο (με απαίτηση μεγαλύτερη από ή ίση με 1000 M Ω) και πραγματοποιήστε ετήσιες δοκιμές διηλεκτρικών απωλειών (ο συντελεστής διηλεκτρικής απώλειας τριών φάσεων της Shanghai Engineering είναι όλος<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, Τυποποιημένη διαδικασία λειτουργίας υπεραγώγιμων καλωδίων
Η λειτουργία των υπεραγώγιμων καλωδίων πρέπει να ακολουθεί αυστηρά τη διαδικασία των τεσσάρων σταδίων "λειτουργία και συντήρηση σύνδεσης δικτύου δοκιμής πριν από την ψύξη" και οι βασικές παράμετροι πρέπει να καταγράφονται σε κάθε βήμα για να διασφαλίζεται η ιχνηλασιμότητα.
(1) Στάδιο προ ψύξης: σταδιακή ψύξη από τη θερμοκρασία δωματίου στους -196 βαθμούς
Η προψύξη είναι ένα κρίσιμο βήμα για την έναρξη της λειτουργίας και είναι απαραίτητο να αποφευχθεί η ζημιά από τη θερμική καταπόνηση που προκαλείται από την ταχεία ψύξη (όπως σπάσιμο της υπεραγώγιμης ταινίας ή αποκόλληση της άρθρωσης). Η συγκεκριμένη διαδικασία έχει ως εξής:
1. Εκκένωση συστήματος: Χρησιμοποιήστε μια αντλία κενού για να εκκενώσετε τον εσωτερικό αγωγό του καλωδίου σε βαθμό κενού 1 × 10 ⁻ 3 Pa, να αφαιρέσετε ακαθαρσίες (όπως υγρασία και αέρα) και να αποτρέψετε το μπλοκάρισμα του αγωγού σε χαμηλές θερμοκρασίες.
2. Φύσημα αζώτου: Φυσήξτε αργά τη σωλήνωση με άζωτο σε θερμοκρασία δωματίου (ρυθμός ροής μικρότερος ή ίσος με 5 m ³/h) για να αφαιρέσετε περαιτέρω τις υπολειμματικές ακαθαρσίες.
3. Προψύξη υγρού αζώτου: Εισάγετε υγρό άζωτο με ρυθμό 0,5 μοίρες/λεπτό και μειώστε σταδιακά τη θερμοκρασία του καλωδίου (ο χρόνος προψύξης για το έργο της Σαγκάης είναι 48 ώρες και η τελική θερμοκρασία σταθεροποιείται στους -196 βαθμούς ± 2 βαθμούς).
(2) Δοκιμή ροής: πρακτική άσκηση για την επαλήθευση της ονομαστικής ικανότητας μεταφοράς ρεύματος
Αφού ολοκληρωθεί η προψύξη, η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος του καλωδίου πρέπει να επαληθευτεί μέσω δοκιμής μεταφοράς ρεύματος. Το πείραμα υιοθετεί τη «μέθοδο τρέχουσας υπέρθεσης»:
1. Τριφασικό βραχυκύκλωμα στο τέλος του καλωδίου, συνδέστε έναν ρυθμιστή τάσης στην αρχή και αυξήστε σταδιακά το ρεύμα (ξεκινώντας από το 10% του ονομαστικού ρεύματος, αυξάνοντας κατά 10% κάθε 30 λεπτά).
2. Παρακολουθήστε τις φάσεις τάσης και ρεύματος κάθε φάσης (με απαιτούμενη διαφορά φάσης Μικρότερη ή ίση με 5 μοίρες), καθώς και τη θερμοκρασία (με θερμοκρασία εξόδου υγρού αζώτου Μικρότερη ή ίση με -190 βαθμούς C).
Όταν το ρεύμα φτάσει την ονομαστική τιμή (όπως το ονομαστικό ρεύμα των 2160A για ένα καλώδιο 35 kV στη Σαγκάη) και σταθεροποιηθεί για 24 ώρες, η δοκιμή είναι κατάλληλη.
(3) Λειτουργία συνδεδεμένη με το δίκτυο: 24/7 εγγύηση "online παρακολούθηση + έξυπνη λειτουργία και συντήρηση"
Μετά τη σύνδεση στο δίκτυο, οι ακόλουθες παράμετροι πρέπει να παρακολουθούνται σε πραγματικό-χρόνο μέσω μιας διαδικτυακής πλατφόρμας παρακολούθησης:
1. Σύστημα υγρού αζώτου: πίεση εισόδου (0,3-0,5 MPa), θερμοκρασία εξόδου (-196 βαθμοί ± 2 βαθμοί), ρυθμός ροής (10-15 L/min).
2. Ηλεκτρικές παράμετροι: ρεύμα (Μικρότερο ή ίσο της ονομαστικής τιμής), τάση (± 5% ονομαστική τάση), διηλεκτρική απώλεια (Μικρότερο ή ίσο με 1%).
3. Περιβαλλοντικές παράμετροι: θερμοκρασία και υγρασία πηγάδιου λειτουργίας (θερμοκρασία μικρότερη ή ίση με 30 βαθμούς, υγρασία μικρότερη ή ίση με 70%), δόνηση (λιγότερη ή ίση με 5 Hz).
Η ομάδα λειτουργίας και συντήρησης υιοθετεί μια λειτουργία "τρισδιάστατης-επιθεώρησης+κεντρικής παρακολούθησης": καθημερινή χειροκίνητη επιθεώρηση του φρεατίου εργασίας (έλεγχος εάν ο σωλήνας μόνωσης είναι παγωμένος και εάν η ψυκτική μηχανή λειτουργεί ασυνήθιστα), εβδομαδιαία ανάλυση των δεδομένων ηλεκτρονικής παρακολούθησης (αν η ροή υγρού αζώτου κυμαίνεται κατά 1% έως και περισσότερο από τη γραμμή 0), Υπέρυθρη μέτρηση θερμοκρασίας (θερμοκρασία τερματικού Η κανονική είναι μικρότερη ή ίση με -180 βαθμούς).
(4) Τακτική συντήρηση: προληπτική συντήρηση της "αξιολόγησης κατάστασης + αντικατάσταση εξαρτημάτων"
Απαιτείται πλήρης συντήρηση κάθε χρόνο λειτουργίας:
1. Αξιολόγηση απόδοσης μόνωσης: Μετρήστε την κύρια αντίσταση μόνωσης (Μεγαλύτερη ή ίση με 1000M Ω) και τον συντελεστή διηλεκτρικής απώλειας (Μικρότερη ή ίση με 0,5%).
2. Μηχανική επιθεώρηση απόδοσης: Ελέγξτε εάν υπάρχουν ρωγμές στην υπεραγώγιμη ταινία μέσω της επιθεώρησης ακτίνων Χ (δεν βρέθηκε ζημιά στην ταινία κατά τη διάρκεια της 3ετούς λειτουργίας του έργου της Σαγκάης).
3. Συντήρηση του συστήματος ψύξης: αντικαταστήστε το λάδι ψύξης, καθαρίστε τον εναλλάκτη θερμότητας (ο κύκλος συντήρησης της μηχανής ψύξης στο έργο Shenzhen είναι 2000 ώρες).
3, Πιθανά προβλήματα και αντίμετρα κατά τη λειτουργία
Παρά τη συνεχή τεχνολογική βελτιστοποίηση, η λειτουργία του υπεραγώγιμου καλωδίου ενδέχεται να παρουσιάζει δυσλειτουργίες λόγω περιβαλλοντικών αλλαγών, γήρανσης του εξοπλισμού ή λειτουργικών σφαλμάτων και πρέπει να αναπτυχθούν στοχευμένες στρατηγικές απόκρισης.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 μοίρες)
Αιτίες: Διαρροή θερμότητας από το σωλήνα μόνωσης (όπως ζημιά στο στρώμα κενού), αστοχία του ψυκτικού μηχανήματος (όπως φθορά του συμπιεστή) και απόφραξη της αντλίας υγρού αζώτου (συσσώρευση ακαθαρσιών).
απάντηση:
1. Επιθεωρήστε αμέσως την εμφάνιση του σωλήνα μόνωσης (οι περιοχές παγετού μπορεί να είναι σημεία διαρροής), χρησιμοποιήστε ένα μετρητή κενού για να μετρήσετε το βαθμό κενού του στρώματος μόνωσης (<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. Μετάβαση στην εφεδρική μονάδα ψύξης (το έργο της Σαγκάης είναι εξοπλισμένο με 2 κύριες μονάδες ψύξης και 1 εφεδρική μονάδα, με χρόνο μεταγωγής μικρότερο από 5 λεπτά).
3. Απενεργοποιήστε την αντλία υγρού αζώτου και φυσήξτε τον αγωγό με αέριο άζωτο (πίεση 0,2 MPa) για να αφαιρέσετε τις ακαθαρσίες (το έργο Shenzhen μπλοκαρίστηκε κάποτε από ρινίσματα χαλκού που είχαν απομείνει κατά την κατασκευή, αλλά ο αγωγός αποκαταστάθηκε στο κανονικό μετά την εκτόξευση).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Αιτίες: Υπερένταση (όπως ξαφνική αύξηση του φορτίου χρήστη), τοπική υπερθέρμανση (κακή επαφή των σημείων συγκόλλησης λωρίδων), παρεμβολή μαγνητικού πεδίου (κοντινοί μεγάλοι κινητήρες).
απάντηση:
1. Η προστατευτική συσκευή ενεργοποιείται αυτόματα (χρόνος ταξιδιού έργου Shenzhen<10ms), cutting off the fault current;
2. Ελέγξτε την τρέχουσα εγγραφή (εάν υπάρχει ξαφνική αύξηση του φορτίου, επικοινωνήστε με τον χρήστη για να προσαρμόσει το σχέδιο ηλεκτρικής ενέργειας, εάν υπάρχει πρόβλημα με το σημείο συγκόλλησης, συγκολλήστε ξανά και δοκιμάστε την αντίσταση).
3. Ξεκινήστε τη μονάδα ψύξης για να επιταχύνετε τη διαδικασία ψύξης (στοχευόμενη θερμοκρασία -196 μοίρες) και επανασυνδέστε το στο δίκτυο αφού η αντίσταση επιστρέψει στο 0 (η μηχανική της Σαγκάης προκάλεσε μια διακοπή ρεύματος λόγω ξαφνικής αύξησης του φορτίου, η οποία αποκατέστησε αυτόματα την τροφοδοσία μετά από 30 λεπτά).
(3) Πρόβλημα 3: Σπάσιμο της λωρίδας καλωδίου μετά την τοποθέτηση (όπως αντίσταση μόνωσης<100M Ω)
Αιτία: Υπερβολική δύναμη έλξης (πάνω από 8 kN), μικρή ακτίνα κάμψης (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5 kN/m).
απάντηση:
1. Σταματήστε αμέσως την τοποθέτηση και χρησιμοποιήστε οπτική ίνα για να εντοπίσετε τη θέση του κατάγματος (ακρίβεια ± 1 μέτρο).
2. Κόψτε το σπασμένο τμήμα, αντικαταστήστε την εφεδρική λωρίδα (με το ίδιο μοντέλο με την αρχική ταινία), επανασυγκολλήστε και εκτελέστε επεξεργασία μόνωσης (το έργο Shenzhen προκάλεσε κάποτε το σπάσιμο της λωρίδας λόγω μικρής ακτίνας κάμψης και η αντικατάσταση πέρασε τη δοκιμή).
3. Προσαρμόστε τις παραμέτρους τοποθέτησης (όπως η μείωση της ταχύτητας έλξης στα 0,5 m/min και η αύξηση της διαμέτρου του τροχού οδήγησης κάμψης).
