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徐家匯，上海中央活動區之一。這里，高樓林立，車水馬龍。夜幕之下，霓虹閃爍，繽紛璀璨。其背后，是深埋地下的管廊里，一條全長1.2公里的35千伏超導電纜提供的電力支撐。

這條選址上海市徐匯區中心地段、長度達1.2公里的示范線，核心技術國產化率達100%，創造了諸多世界紀錄：世界輸送距離最長、接頭數量最多、輸送容量最大的商業化運行超導輸電工程，世界首個為城市負荷中心供電的公里級超導輸電工程，世界唯一使用全程排管敷設的超導輸電工程。

作為世界首條35千伏公里級超導輸電示范工程，自正式投入運行以來，這條線路已連續安全穩定運行超過700天，累計為上海徐家匯商圈等徐匯區核心區域4.6萬戶用戶供電3.2億度，開創了公里級超導電纜在大型城市核心區域運行的先例。日前，工程順利實現滿容量運行，刷新了全球商用超導輸電工程最大實際運行容量的紀錄。

與傳統電纜相比，超導電纜的優勢何在？研發過程中遇到了哪些難題，科研人員是如何一步步攻克的？迎峰度冬之時，這條輸電線路面臨哪些挑戰？記者帶您一探究竟。

高溫超導電纜其實溫度并不高

一根“史上最強電纜”堪比四到六根傳統電纜

進入12月，上海將迎來一年中最冷的兩三個月，迎峰度冬保供工作成為能源電力行業的重中之重。國網上海市電力公司市南供電公司的運維人員張寒，1日一大早就來到長春變電站。

在他腳下，有一個-196℃的極寒世界。

這里是世界首條35千伏公里級超導輸電示范工程的進口端。張寒當天的任務就是對超導電纜運行的終端設備和外部環境進行巡檢。

“主要是為了監測整條線路的運行環境是否安全穩定。”國網上海市南供電公司總工程師宗明告訴記者，對于示范工程而言，超導特性是它有別于常規輸電線路的關鍵所在。

記者了解到，傳統電纜中的輸電介質通常是由銅、鋁組成的合金導體，具有一定的電阻，在電力輸送過程中會產生相應電能損耗。而超導輸電則是利用超導材料的超導特性，使電力傳輸介質接近于零電阻，相應地，電能傳輸損耗趨近于零，從而實現低電壓等級的大容量輸電，即“窄通道大容量”。

在35千伏的設計電壓下，一根超導電纜能輸送超過2000安培的大電流。“相當于四到六根相同電壓等級的傳統電纜。在滿足供電需求的同時，可以減少城市電網中高壓電纜的使用，簡化電網結構，節省占用空間。”宗明告訴記者，正是體積小、重量輕、傳輸容量大、電能損耗低、綠色環保的優點，使得超導輸電被視為當今電力行業最具革命性的前沿技術之一，超導電纜也被稱為“史上最強電纜”。

但超導材料有它的臨界溫度，只有低于臨界溫度，才能形成超導體。據介紹，該示范工程所使用的超導電纜的核心材料是我國自主研發的第二代高溫超導帶材。

“雖然名字叫‘高溫超導’，實則溫度并不高，要在-196℃以下的環境中才能維持其超導態。”宗明進一步解釋說，早在1911年，荷蘭科學家發現當溫度低于-268.95℃時，水銀的電阻突然降為0，呈現超導狀態。后來發現不同材料的超導臨界溫度不同，為了使超導材料更具實用性，科學家們開始探索高溫超導，一度將超導體的臨界溫度提高到-183℃。35千伏公里級超導輸電示范工程中使用的第二代高溫超導帶材的臨界溫度是-196℃，而這也正是液氮的溫度。

記者了解到，超導輸電工程的一個難點就是如何維持電纜的超導態，也就是如何使電纜中的輸電介質始終處于其臨界溫度及以下。“所以科研人員就想辦法讓線纜被液氮包裹起來。”宗明說，獨特的電纜結構設計解決了這一難題。

如果把這條超導電纜剖開，大家會看到獨創的、類似“三色圓珠筆”的結構——外層的雙層柔性真空絕熱管中，包裹著三股相互絕緣的超導纜芯，仿佛三根“筆芯”，用以傳送三相交流電。運行時，“三色圓珠筆”里充滿液氮，在冷卻系統加持下，讓整條輸電線路始終處于-196℃的臨界溫度。

新技術新裝備新工藝

解決“螺螄殼里做道場”等諸多難題

事實上，早在1998年，我國就制備出了首條一米長的超導電纜小樣。2012年，一條長360米的超導電纜為河南一家企業輸送電力，這是我國超導電纜首次走入用戶端，也是當時世界上傳輸電流最大的高溫超導直流電纜。2021年9月，一條400米長的超導電纜，開始為深圳的標志性建筑“平安大廈”供電，標志著我國超導電纜開始走入普通百姓的生活。同年12月，一條長1.2公里、創造諸多世界紀錄的示范工程建成投運，為上海徐匯區核心區域4萬多戶家庭和商戶供電，標志著我國超導電纜技術走在了世界最前列。

從一米到公里級，“二十年磨一劍”，磨的是超導電纜的核心——高溫超導帶材。

“制備一米長的電纜小樣容易，但要想放大到幾百米，甚至上千米，并不容易。”宗明回憶，從高溫超導帶材的制備，到材料測試，再到電纜結構設計、頂管敷設等，每一個環節都是一座“高峰”。

據介紹，高溫超導帶材的制備過程十分復雜，就像砌墻一樣，要砌得很整齊，才會具備優良的性能，也才能負載很強的電流，如果砌歪了或者哪怕有一點瑕疵，它的性能就會受到很大影響，甚至不能使用。

而示范工程雖然只有1.2公里，但制備這條超導電纜卻使用了近280公里的超導材料。“超導材料的生產效率、成品率等，都跟不上現實需要。”宗明介紹，2017年時，上海擁有的兩家超導材料企業，每家的年產能還不足百公里。

超導材料臨界電流的測試，也是一大難題。記者了解到，超導材料的臨界電流指標決定了超導帶材能否承載大電流。如果按照通用測試方法對280公里超導材料進行測試，預計測試時間將超過4年。

時間不等人。國網上海市電力公司組建超導產業戰略聯盟，公司紀委聚焦重點工程開展政治監督，上下游通力合作，共性技術共同研發。最終，攻關團隊發明了超導涂層快速成相技術和生產裝備，使得超導層的成膜速度成百倍提升，降低生產成本的同時有效提升產能，解決了超導帶材批量化制備的瓶頸問題。總結超導帶材在液氮中的冷卻機制和升流速率的變化規律，開發出一套全新的測試技術和測試裝置，使得超導材料臨界電流測試速度提升了40倍……

另外，由于示范工程處于上海市中心地帶，寸土寸金，超導電纜的敷設可謂是“螺螄殼里做道場”。

“傳統電纜敷設方式主要包括隧道、電纜溝、排管等方式，其中條件最為苛刻的就是排管敷設。但全程排管不僅占地面積小，還能最大程度減少外力對電纜的影響，因此我們選擇了全程排管敷設。”宗明介紹。

對于超導電纜而言，這種敷設方式更是難上加難。項目團隊成員回憶，除了高落差、多轉角、小空間這些地理因素的制約外，他們當時還面臨超導電纜冷縮補償等技術瓶頸。

“超導電纜是在常溫下敷設的，敷設好后加入-196℃的液氮，這時超導電纜就會發生冷縮，長度會發生變化。而超導電纜并不是只有超導材料，還包括了絕緣材料、絕熱材料、不銹鋼等，是一個復雜的‘綜合體’，世界上沒有一個團隊擁有其具體的冷縮數據，包括其敷設時的牽引力、側壓力、彎曲半徑等數據。”宗明告訴記者。

全世界首創超導電纜全程排管冷縮補償方法，實行“泥水平衡頂管”“大角度繞行”工藝……項目團隊采用創新技術和巧妙設計，將這些問題一一攻克，同時填補了世界首條商業化運行公里級超導電纜排管敷設經驗的空白，節約了70%的用地空間。

線上監測線下巡檢

全方位立體式守護超導電纜安全

“實時電流：517A。運行壓力：正常。通道環境：正常……”11月30日，宗明打開超導電纜在線監測平臺，查看著示范工程各監測點的監測數據。

據介紹，在示范工程沿線，共布設電纜工作井9處，安裝了21個智能井蓋、80個智能地釘、9個可視化聯動裝置，以及液氮監測設備和光纖測振裝置，搭建起了一張電纜系統運行的監控網。“這些設備的數據全部接入了超導電纜在線監測平臺，可實時顯示電纜運行溫度、壓力、電流、通道環境等多維度參量信息，呈現超導電纜及通道內、外部環境的運行實況。”宗明介紹，遇到異常情況，監測系統會發出實時預警，同時可以實現超導電纜系統的無人值守智能調控。

線上監測、線下巡檢。為確保萬無一失，國網上海市南供電公司還組建了一支多專業運維小組，針對重點區域設備開展紅外測溫以及電流、溫度等重要參量的線下巡檢監測，實現對示范工程的全方位立體式守護。

不僅如此，宗明和同事們也會定期對超導電纜進行檢修試驗，分析超導電纜投運后的真空層、冷卻層狀態變化及絕緣老化情況等，結合日常運維工作，形成工程運維、狀態評價技術體系，并完成運維數據庫搭建，進一步填補了相關數據空白。

“我們還搭建了一套用戶負荷‘畫像’數據庫及預測系統，實現對不同溫度條件下各用戶電流曲線的模擬仿真，幫助調度控制人員更好地預判負荷變化情況，使調度更精準更高效。”宗明告訴記者，示范工程供能用戶涵蓋居民樓、交通樞紐以及大型商業、產業園區等多種類型，用能習慣千差萬別。為做到既能滿足不同用戶對用電質量的需求，又確保超導示范工程精準保持在合適的負荷區間且不會發生過載情況，運行近兩年時間，國網上海市電力公司還充分驗證了超導電纜帶大負荷運行能力以及制冷系統裕度等，并獲得了相關數據。

前段時間，在各項條件具備且確保用戶可靠供電的情況下，國網上海市電力公司通過電網運行方式調整，實現用電負荷向超導輸電工程的集中，進一步驗證超導輸電工程在2200安培的設計載流量和極限承載能力。

保持負荷高位運行期間，最高電流達2160.12安培，刷新了我國商用超導輸電工程最大實際運行電流的紀錄。其間，示范工程的電壓、頻率、冷卻系統功率等重要參數均保持在正常范圍內，各系統運轉良好，示范工程的整體可靠性得到全面驗證。

“迎峰度冬，我們信心滿滿。”宗明表示，這是一個里程碑，也是一個新起點。“未來，我們還將在公里數和電壓等級上繼續探索，發掘超導電纜更多的應用場景，將綠色低碳的理念融入到發電、輸電、供電、用電的每一步。”