Superprovodljivi kablovi, kao nova generacija tehnologije prenosa energije, postali su moćno sredstvo za rešavanje uskih grla u snabdevanju električnom energijom u urbanim sredinama i promovisanje zelene transformacije električne mreže zbog svog nultog otpora, niskih gubitaka i karakteristika velikog kapaciteta. Međutim, njegov rad se oslanja na ekstremno niske temperature okruženja (oko -196 stepeni) i precizne sisteme kontrole, uključujući više tehničkih izazova kao što su održavanje niske temperature, zaštita od gašenja i mehanička adaptacija. U nastavku ćemo elaborirati ključne točke i praktično iskustvo rada supravodljivih kabela iz tri dimenzije: kako stabilizirati ključne probleme i prakse reagiranja, kako standardizirati proces rada i kako popraviti tipične probleme i rješenja, u kombinaciji sa stvarnim slučajevima.
1, Ključna pitanja i praktična rješenja za rad supravodljivih kablova
(1) Održavanje okruženja na niskim temperaturama: stabilnost sistema tečnog azota je "životna linija" rada
Superprovodljivi materijali zahtevaju okruženje tečnog azota (-196 stepeni) da bi pokazali karakteristike nulte otpornosti, stoga je održavanje okruženja niske temperature primarni zadatak. Osnovni izazovi leže u kontroli curenja toplote u sistemu cirkulacije tečnog azota (upad toplote iz okoline može izazvati isparavanje tečnog azota, narušavajući uslove niskih temperatura), efikasnom radu rashladne jedinice (zahteva kontinuirano dopunjavanje rashladnog kapaciteta) i dinamičkoj ravnoteži pritiska i protoka u sistemu.
Baviti se praksom:
1. Dizajn višeslojne izolacije: Tijelo kabela je umotano u dvoslojnu fleksibilnu vakuumsku izolacijsku cijev kako bi se smanjio vanjski prodor topline (kao što je dizajn izolacijske cijevi demonstracionog projekta 35kV u Šangaju, koji ima samo 1/10 gubitka topline tradicionalnih kablova);
2. Paralelni rashladni sistem sa više mašina: više rashladnih jedinica je konfigurisano da rade paralelno, a broj jedinica koje treba uključiti se dinamički prilagođava zahtevima za kapacitet hlađenja (projekat Shenzhen 10 kV koristi GM rashladne jedinice velikog kapaciteta domaće proizvodnje za rešavanje problema efikasne razmene toplote u malim prostorima);
3. Praćenje u realnom vremenu i redundantna rezervna kopija: Senzori temperature, pritiska i protoka su raspoređeni na ključnim čvorovima kablovskih ulaza, izlaza i rashladnih jedinica (9 radnih bunara je postavljeno u Šangaju, od kojih je svaki opremljen opremom za praćenje tečnog azota). Kada se otkriju abnormalnosti (kao što je temperatura veća od ± 2 stepena), rezervna rashladna jedinica se odmah pokreće kako bi se osiguralo stabilno okruženje niskih{4}}temperatura.
(2) Zaštita od prenapona: tehnološki skok sa "pasivnog-isključenja" na "aktivno samooporavljanje"
Pregrijavanje (fenomen da supravodljivi materijali naglo obnavljaju otpor zbog temperature, struje ili magnetnog polja koji prelaze kritične vrijednosti) je najozbiljniji operativni kvar supravodljivih kabela, koji može dovesti do lokalnog pregrijavanja, oštećenja izolacije, pa čak i do izgaranja opreme. Tradicionalne metode zaštite se oslanjaju na brze nestanke struje, ali mogu dovesti do nestanka struje i utjecati na korisničko iskustvo.
Baviti se praksom:
1. Multiparametarsko praćenje fuzije: prikupljanje podataka o temperaturi, struji i naponu kabla u realnom vremenu putem optičkog mjerenja temperature, strujnih senzora i naponskih transformatora (projekat Shenzhen je razmjestio optičke uređaje za mjerenje vibracija duž kablovske linije od 400 metara kako bi se postiglo mjerenje temperature u milimetarskom nivou);
2. Inteligentni uređaj za zaštitu od gašenja: Razvijen je integrisani uređaj za "samooporavak pri gašenju". Kada se otkrije iznenadno povećanje otpora (kao što je preko 0,1 m Ω), uređaj prekida struju kvara u roku od 10 milisekundi i brzo se hladi kroz rashladni sistem, omogućavajući supravodljivom materijalu da ponovo uđe u supravodljivo stanje (zaštitni uređaj Shanghai Engineeringa postigao je samooporavak napajanja korisnika nakon 3);
3. Dizajn elektromagnetne prstenaste mreže: Izgradite redundantne puteve za napajanje na strani mreže i održavajte napajanje preko prekidača mreže u prstenu tokom nestanka struje (projekat Šenžen je povezan na mrežu dvostrukog napajanja u centralnom okrugu Futian, a brzina prenosa opterećenja tokom nestanka struje dostiže 100%).
(3) Prilagodba mehaničkih performansi: 'Izazov fleksibilnosti' u instalaciji i radu
Superprovodljivi kablovi se sastoje od više slojeva kao što su supravodljive trake (debljine samo 0,4 milimetara), tampon slojeva i zaštitnih slojeva, a njihova mehanička čvrstoća je mnogo niža od tradicionalnih bakrenih kablova. Prekomjerna vučna sila, mali radijus savijanja ili vibracije tokom ugradnje mogu uzrokovati lomljenje trake ili raslojavanje međusloja.
Baviti se praksom:
1. Prilagođeni proces polaganja: Odredite ključne parametre kroz eksperimente simulacije 1:1 (kao što je Shanghai Engineering koji reproducira složeno okruženje centralnog gradskog područja u gradu Wujing, okrug Minhang, mjereći maksimalnu dozvoljenu vučnu silu supravodljivog kabla da bude 8kN i minimalni radijus savijanja 1.5 metara);
2. Specijalizovana oprema za polaganje: istraživanje i razvoj opreme za polaganje pod malim uglom i velikim padovima (kao što je projekat Shenzhen koji koristi procese „top pipe za ravnotežu blata i vode“ i „obilaznice velikog ugla“ za rješavanje problema uskih podzemnih galerija cijevi u starim urbanim područjima);
3. Dinamičko praćenje naprezanja: Praćenje napetosti kablova u realnom vremenu tokom procesa polaganja (u Shenzhen projektu se koriste senzori sa Bragg rešetkama od vlakana, a automatski alarmi se aktiviraju kada devijacija napetosti pređe ± 5%), i praćenje vibracija putem inteligentnih uzemljenja u toku rada (senzori vibracija su instalirani u svih 9 radnih bušotina i aktiviraju se udarne bušotine u projektu Shangnghaip). frekvencija vibracija prelazi 10Hz).
(4) Upravljanje izolacijom i toplinom: Dvostruki test "niske temperature + visokog napona"
Superprovodni kablovi rade u okruženju tečnog azota (-196 stepeni) i moraju izdržati napone od 35kV ili čak više. Izolacijski materijal mora imati i nisku -žilavost na temperaturu i otpornost na visok napon. Osim toga, kablovski terminali (sučelja spojeni na konvencionalnu električnu mrežu) mogu imati lokalne visoke temperature zbog curenja topline, što može utjecati na performanse izolacije.
Baviti se praksom:
1. Dizajn kompozitne izolacije: korištenje kompozitne izolacijske strukture od čvrstih izolacijskih materijala (kao što je epoksidna smola) i tekućeg dušika (debljina izolacijskog sloja šangajskih 35kV kablova je samo 20 mm, a otpornost na koronu je dvostruko veća od tradicionalnih kablova);
2. Optimizacija izolacije terminala: Terminal usvaja vakuumsku višeslojnu izolacijsku strukturu (stopa propuštanja terminalne topline projekta Shenzhen je manja od 0,5 W/m, što je 30% niže od međunarodnog standarda), a nisko{4}}ljepilo se puni na sučelju kako bi se spriječile praznine u izolaciji uzrokovane tečnim nitrogenom
3. Redovno testiranje izolacije: Koristite megohmmetar za mjerenje glavnog otpora izolacije svake četvrtine (sa zahtjevom većim od ili jednakim 1000M Ω), i provodite godišnje testiranje dielektričnih gubitaka (trofazni faktor gubitka dielektrika Shanghai Engineeringa je sve<0.5%, far below the warning value of 1%).
2, Standardizirani radni proces supravodljivih kablova
Rad supravodljivih kablova mora striktno pratiti proces u četiri faze „operacija i održavanje povezivanja mreže za testiranje prije hlađenja“, a ključni parametri moraju biti zabilježeni u svakom koraku kako bi se osigurala sljedivost.
(1) Faza pre hlađenja: postepeno hlađenje od sobne temperature do -196 stepeni
Prethodno hlađenje je kritičan korak u pokretanju rada i potrebno je izbjeći oštećenje termičkog stresa uzrokovano brzim hlađenjem (kao što je lomljenje supravodljive trake ili odvajanje zgloba). Konkretan proces je sljedeći:
1. Evakuacija sistema: Koristite vakuum pumpu da evakuišete unutrašnji cevovod kabla do stepena vakuuma od 1 × 10 ⁻ ³ Pa, uklonite nečistoće (kao što su vlaga i vazduh) i sprečite blokadu cevovoda na niskim temperaturama;
2. Puhanje azota: Polako duvajte cevovod azotom na sobnoj temperaturi (brzina protoka manja ili jednaka 5m ³/h) da biste dalje uklonili zaostale nečistoće;
3. Prethodno hlađenje tečnim azotom: Ubrizgajte tečni azot brzinom od 0,5 stepeni/min i postepeno smanjite temperaturu kabla (vreme pre hlađenja za projekat u Šangaju je 48 sati, a konačna temperatura se stabilizuje na -196 stepeni ± 2 stepena).
(2) Test protoka: praktična vježba za provjeru nosivosti nazivne struje
Nakon što je prethodno hlađenje završeno, strujni kapacitet kabla treba da se proveri testom strujnog nošenja. Eksperiment usvaja "trenutnu metodu superpozicije":
1. Trofazni kratki spoj na kraju kabla, priključite regulator napona na početku i postepeno povećavajte struju (počevši od 10% nazivne struje, povećavajući za 10% svakih 30 minuta);
2. Nadgledati naponske i strujne faze svake faze (sa potrebnom faznom razlikom manjom ili jednakom 5 stepeni), kao i temperaturu (sa izlaznom temperaturom tečnog azota manjom ili jednakom -190 stepeni C);
Kada struja dostigne nazivnu vrijednost (kao što je nazivna struja od 2160A za 35kV kabl u Šangaju) i stabilizira se 24 sata, test je kvalifikovan.
(3) Rad povezan na mrežu: 24/7 garancija "online nadzor + inteligentni rad i održavanje"
Nakon povezivanja na mrežu, sljedeće parametre je potrebno pratiti u realnom-vremenu putem online platforme za praćenje:
1. Sistem tečnog azota: ulazni pritisak (0,3-0,5MPa), izlazna temperatura (-196 stepeni ± 2 stepena), brzina protoka (10-15L/min);
2. Električni parametri: struja (manja ili jednaka nazivnoj vrijednosti), napon (± 5% nazivnog napona), dielektrični gubici (manji ili jednaki 1%);
3. Parametri okoline: temperatura i vlažnost radnog bunara (temperatura manja ili jednaka 30 stepeni, vlažnost manja ili jednaka 70%), vibracije (manja ili jednaka 5Hz).
Tim za rad i održavanje usvaja režim "trodimenzionalne inspekcije+centralizovani nadzor": dnevna ručna kontrola radnog bunara (provjera da li je izolacijska cijev smrznuta i da li rashladna mašina radi nenormalno), sedmična analiza podataka o nadzoru na mreži (ako protok tečnog azota varira za više od ± 10 mjeseci), potrebno je mjerenje temperature u cjevovodu za više od ±10. (temperatura terminala manja ili jednaka -180 stepeni je normalno).
(4) Redovno održavanje: preventivno održavanje "procjene statusa+zamjena komponente"
Sveobuhvatno održavanje je potrebno svake godine rada:
1. Procjena performansi izolacije: Izmjerite glavni otpor izolacije (veći ili jednak 1000M Ω) i faktor dielektričnog gubitka (manji ili jednak 0,5%);
2. Provjera mehaničkih performansi: provjeriti da li ima pukotina na supravodljivoj traci putem X-inspekcije (nije pronađeno oštećenje trake tokom 3-godišnjeg rada projekta u Šangaju);
3. Održavanje rashladnog sistema: zamijenite rashladno ulje, očistite izmjenjivač topline (ciklus održavanja rashladne mašine u Shenzhen projektu je 2000 sati).
3, Mogući problemi i protumjere tokom rada
Unatoč kontinuiranoj tehnološkoj optimizaciji, rad supravodljivih kabela i dalje može imati kvarove zbog promjena u okolišu, starenja opreme ili operativnih grešaka, a potrebno je razviti ciljane strategije odgovora.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 stepeni)
Razlozi: curenje topline iz izolacijske cijevi (kao što je oštećenje vakuumskog sloja), kvar rashladne mašine (kao što je trošenje kompresora) i blokada pumpe za tekući dušik (nakupljanje nečistoća).
odgovor:
1. Odmah pregledajte izgled izolacijske cijevi (područja mraza mogu biti mjesta curenja), upotrijebite vakum mjerač za mjerenje stepena vakuuma izolacionog sloja (<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. Prebacite se na rezervnu rashladnu jedinicu (projekat u Šangaju je opremljen sa 2 glavne rashladne jedinice i 1 rezervnom jedinicom, sa vremenom uključivanja manjim od 5 minuta);
3. Isključite pumpu za tečni azot i duvajte cevovod sa azotnim gasom (pritisak 0,2MPa) da biste uklonili nečistoće (projekat Šenžen je jednom bio blokiran bakrenim strugotinama koje su ostavljene tokom izgradnje, ali je cevovod vraćen u normalu nakon duvanja).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
Razlozi: Prekomjerna struja (kao što je naglo povećanje opterećenja korisnika), lokalno pregrijavanje (loš kontakt tačaka zavarivanja trake), smetnje magnetnog polja (u blizini velikih motora).
odgovor:
1. Zaštitni uređaj se automatski isključuje (vrijeme putovanja u Shenzhen projektu<10ms), cutting off the fault current;
2. Provjerite trenutni zapis (ako dođe do naglog povećanja opterećenja, obratite se korisniku radi prilagođavanja plana električne energije; ako postoji problem sa mjestom zavarivanja, ponovno zavarite i testirajte otpor);
3. Pokrenite rashladnu jedinicu da biste ubrzali proces hlađenja (ciljna temperatura -196 stepeni), i ponovo se priključite na mrežu nakon što se otpor vrati na 0 (Šangajski inženjering je jednom pokrenuo nestanak struje zbog naglog povećanja opterećenja, što je automatski obnovilo napajanje nakon 30 minuta).
(3) Problem 3: Punjenje trake kabla nakon polaganja (kao što je otpor izolacije<100M Ω)
Razlog: Prekomjerna vučna sila (preko 8kN), mali radijus savijanja (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5kN/m).
odgovor:
1. Odmah prestanite sa polaganjem i upotrebite optičko vlakno da otkrijete lokaciju loma (preciznost ± 1 metar);
2. Odrežite polomljeni dio, zamijenite rezervnu traku (s istim modelom kao originalna traka), ponovo zavarite i izvršite izolacijsku obradu (projekat Shenzhen je jednom doveo do lomljenja trake zbog malog radijusa savijanja, a zamjena je prošla test);
3. Podesite parametre polaganja (kao što je smanjenje brzine vuče na 0,5 m/min i povećanje prečnika točka za vođenje savijanja).
