图①：示范工程的高温超导电缆试拉试验现场。图②：类似“三色圆珠笔”结构的高温超导电缆示意图。图③：工作人员正在对超导电缆进行寒潮特巡工作。图④：运维人员正在漕溪变电站内测量超导电缆终端设备运行温度。国网上海市电力公司 供图
徐家汇，上海中央活动区之一。这里，高楼林立，车水马龙。夜幕之下，霓虹闪烁，缤纷璀璨。其背后，是深埋地下的管廊里，一条全长1.2公里的35千伏超导电缆提供的电力支撑。
这条选址上海市徐汇区中心地段、长度达1.2公里的示范线%，创造了诸多世界纪录：世界输送距离最长、接头数量最多、输送容量最大的商业化运行超导输电工程，世界首个为城市负荷中心供电的公里级超导输电工程，世界唯一使用全程排管敷设的超导输电工程。
作为世界首条35千伏公里级超导输电示范工程，自正式投入运行以来，这条线路已连续安全稳定运行超过700天，累计为上海徐家汇商圈等徐汇区核心区域4.6万户用户供电3.2亿度，开创了公里级超导电缆在大型城市核心区域运行的先例。日前，工程顺利实现满容量运行，刷新了全球商用超导输电工程最大实际运行容量的纪录。
与传统电缆相比，超导电缆的优势何在？研发过程中遇到了哪些难题，科研人员是如何一步步攻克的？迎峰度冬之时，这条输电线路面临哪些挑战？记者带您一探究竟。
进入12月，上海将迎来一年中最冷的两三个月，迎峰度冬保供工作成为能源电力行业的重中之重。国网上海市电力公司市南供电公司的运维人员张寒，1日一大早就来到长春变电站。
这里是世界首条35千伏公里级超导输电示范工程的进口端。张寒当天的任务就是对超导电缆运行的终端设备和外部环境进行巡检。
“主要是为了监测整条线路的运行环境是否安全稳定。”国网上海市南供电公司总工程师宗明和记者说，对于示范工程而言，超导特性是它有别于常规输电线路的关键所在。
记者了解到，传统电缆中的输电介质通常是由铜、铝组成的合金导体，具有一定的电阻，在电力输送过程中会产生相应电能损耗。而超导输电则是利用超导材料的超导特性，使电力传输介质接近于零电阻，相应地，电能传输损耗趋近于零，以此来实现低电压等级的大容量输电，即“窄通道大容量”。
在35千伏的设计电压下，一根超导电缆能输送超过2000安培的大电流。“相当于四到六根相同电压等级的传统电缆。在满足供电需求的同时，能够大大减少城市电网中高压电缆的使用，简化电网结构，节省占用空间。”宗明和记者说，正是体积小、重量轻、传输容量大、电能损耗低、绿色环保的优点，使得超导输电被视为当今电力行业最具革命性的前沿技术之一，超导电缆也被称为“史上最强电缆”。
但超导材料有它的临界温度，只有低于临界温度，才能形成超导体。据介绍，该示范工程所使用的超导电缆的核心材料是我国自主研发的第二代高温超导带材。
“虽然名字叫‘高温超导’，实则温度并不高，要在-196℃以下的环境中才能维持其超导态。”宗明进一步解释说，早在1911年，荷兰科学家发现当温度不高于-268.95℃时，水银的电阻突然降为0，呈现超导状态。后来发现不一样的材料的超导临界温度不同，为了使超导材料更具实用性，科学家们开始探索高温超导，一度将超导体的临界温度提高到-183℃。35千伏公里级超导输电示范工程中使用的第二代高温超导带材的临界温度是-196℃，而这也正是液氮的温度。
记者了解到，超导输电工程的一个难点就是如何维持电缆的超导态，也就是如何使电缆中的输电介质始终处于其临界温度及以下。“所以科研人员就想办法让线缆被液氮包裹起来。”宗明说，独特的电缆结构设计解决了这一难题。
如果把这条超导电缆剖开，大家会看到独创的、类似“三色圆珠笔”的结构——外层的双层柔性真空绝热管中，包裹着三股相互绝缘的超导缆芯，仿佛三根“笔芯”，用以传送三相交流电。运行时，“三色圆珠笔”里充满液氮，在冷却系统加持下，让整条输电线
事实上，早在1998年，我国就制备出了首条一米长的超导电缆小样。2012年，一条长360米的超导电缆为河南一家公司输送电力，这是我国超导电缆首次走入用户端，也是当时世界上传输电流最大的高温超导直流电缆。2021年9月，一条400米长的超导电缆，开始为深圳的标志性建筑“平安大厦”供电，标志着我国超导电缆开始走入普通百姓的生活。同年12月，一条长1.2公里、创造诸多世界纪录的示范工程建成投运，为上海徐汇区核心区域4万多户家庭和商户供电，标志着我国超导电缆技术走在了世界最前列。
时间不等人。国网上海市电力公司组建超导产业战略联盟，公司纪委聚焦重点工程开展政治监督，上下游通力合作，共性技术共同研发。最终，攻关团队发明了超导涂层快速成相技术和生产装备，使得超导层的成膜速度成百倍提升，降低生产所带来的成本的同时有效提升产能，解决了超导带材批量化制备的瓶颈问题。总结超导带材在液氮中的冷却机制和升流速率的变化规律，开发出一套全新的测试技术和测试装置，使得超导材料临界电流测试速度提升了40倍……
“超导电缆是在常温下敷设的，敷设好后加入-196℃的液氮，这时超导电缆就会发生冷缩，长度会发生明显的变化。而超导电缆并不是只有超导材料，还包括了在允许电压下不导电的材料、绝热材料、不锈钢等，是一个复杂的‘综合体’，世界上没有一个团队拥有其具体的冷缩数据，包括其敷设时的牵引力、侧压力、弯曲半径等数据。”宗明告诉记者。
“实时电流：517A。运行压力：正常。通道环境：正常……”11月30日，宗明打开超导电缆在线监测平台，查看着示范工程各监测点的监测数据。
据介绍，在示范工程沿线个可视化联动装置，以及液氮监测设备和光纤测振装置，搭建起了一张电缆系统运行的监控网。“这些设备的数据全部接入了超导电缆在线监测平台，可实时显示电缆运行温度、压力、电流、通道环境等多维度参量信息，呈现超导电缆及通道内、外部环境的运行实况。”宗明介绍，遇到不正常的情况，监测系统会发出实时预警，同时能实现超导电缆系统的无人值守智能调控。
“我们还搭建了一套用户负荷‘画像’数据库及预测系统，实现对不一样的温度条件下各用户电流曲线的模拟仿真，帮助调度控制人员更好地预判负荷变动情况，使调度更精准更高效。”宗明和记者说，示范工程供能用户涵盖居民楼、交通枢纽以及大型商业、产业园区等多种类型，用能习惯千差万别。为做到既能满足多种用户对用电质量的需求，又确保超导示范工程精准保持在合适的负荷区间且不会发生过载情况，运行近两年时间，国网上海市电力公司还充分验证了超导电缆带大负荷运行能力及制冷系统裕度等，并获得了相关数据。
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