超導電纜作為新一代電力傳輸技術，憑借零電阻、低損耗、大容量的特性，成為破解城市核心區供電瓶頸、推動電網綠色轉型的“利器”。然而，其運行依賴極端低溫環境（約-196℃）和精密控制系統，涉及低溫維持、失超保護、機械適配等多重技術挑戰。下面將從核心問題與應對實踐“如何穩”、標準化運行流程“如何做”、典型問題與解決措施“如何修”三個維度展開，結合實際案例，系統闡述超導電纜的運行要點與實踐經驗。

一、超導電纜運行的核心問題與應對實踐    

（一）低溫環境維持：液氮系統的穩定是運行的“生命線”

超導材料需在液氮環境（-196℃）下才能呈現零電阻特性，因此維持低溫環境是首要任務。核心挑戰在于：液氮循環系統的漏熱控制（環境熱量侵入會導致液氮汽化，破壞低溫條件）、制冷機的高效運行（需持續補充冷量）以及系統壓力與流量的動態平衡。 

應對實踐： 

1. 多層絕熱設計：采用雙層柔性真空絕熱管包裹電纜本體，減少外部熱量侵入（如上海35kV示范工程的絕熱管設計，熱損耗僅為傳統電纜的1/10）；

 2. 多機并聯制冷系統：配置多臺制冷機并行運行，根據冷量需求動態調整開啟臺數（深圳10千伏項目采用國產大冷量GM制冷機，解決了微小空間高效換熱難題）；

3. 實時監測與冗余備份：在電纜入口、出口及制冷機關鍵節點部署溫度、壓力、流量傳感器（上海工程設置9處工作井，每處配備液氮監測設備），一旦發現異常（如溫度超±2℃），立即啟動備用制冷機，確保低溫環境穩定。 

（二）失超保護：從“被動斷電”到“主動自恢復”的技術跨越 

失超（超導材料因溫度、電流或磁場超過臨界值，突然恢復電阻的現象）是超導電纜最嚴重的運行故障，可能導致局部過熱、絕緣損壞甚至設備燒毀。傳統保護方式依賴快速斷電，但會導致供電中斷，影響用戶體驗。 

應對實踐： 

1. 多參數融合監測：通過光纖測溫、電流傳感器、電壓互感器實時采集電纜溫度、電流、電壓數據（深圳項目在400米電纜沿線部署光纖測振震裝置，實現毫米級溫度感知）； 

2. 智能失超保護裝置：研發“失超-跳閘-自恢復”一體化裝置，當檢測到電阻突增（如超過0.1mΩ），裝置在10毫秒內切斷故障電流，并通過制冷系統快速降溫，使超導材料重新進入超導態（上海工程的保護裝置已實現3次失超后自恢復，未影響用戶供電）； 

3. 電磁環網設計：在電網側構建冗余供電路徑，失超期間通過環網切換維持供電（深圳項目接入福田中心區雙電源環網，失超時負荷轉供率達100%）。 

（三）機械性能適配：敷設與運行中的“柔性挑戰”

超導電纜由超導帶材（僅0.4毫米厚）、緩沖層、保護層等多層結構組成，其機械強度遠低于傳統銅纜。敷設時牽引力過大、彎曲半徑過小或運行中振動，均可能導致帶材斷裂或層間剝離。 

應對實踐： 

1. 定制化敷設工藝：通過1:1模擬試驗確定關鍵參數（如上海工程在閔行區吳涇鎮復現中心城區復雜環境，測得超導電纜最大允許牽引力為8kN，最小彎曲半徑為1.5米）； 

2. 專用敷設設備：研發小轉角大落差敷設器具（如深圳項目采用“泥水平衡頂管”與“大角度繞行”工藝，解決了老城區地下管廊狹窄問題）； 

3. 動態應力監測：在敷設過程中實時監測電纜張力（深圳項目使用光纖光柵傳感器，張力偏差超過±5%時自動報警），并在運行中通過智能地釘監測振動（上海工程9處工作井均安裝振動傳感器，振動頻率超10Hz時啟動減震措施）。 

（四）絕緣與熱管理：“低溫+高壓”的雙重考驗 

超導電纜運行于液氮環境（-196℃），同時需承受35kV甚至更高電壓，絕緣材料需兼具低溫韌性與高壓耐受性。此外，電纜終端（連接常規電網的接口）因漏熱可能產生局部高溫，影響絕緣性能。 

應對實踐： 1. 復合絕緣設計：采用固體絕緣材料（如環氧樹脂）與液氮的復合絕緣結構（上海35kV電纜的絕緣層厚度僅20mm，耐電暈能力達傳統電纜的2倍）； 2. 終端絕熱優化：終端采用真空多層絕熱結構（深圳項目終端漏熱率低于0.5W/m，比國際標準低30%），并在接口處填充低溫膠，防止液氮汽化導致的絕緣間隙； 3. 定期絕緣測試：每季度使用兆歐表測量主絕緣電阻（要求≥1000MΩ），每年進行介質損耗測試（上海工程三相介質損耗因數均＜0.5%，遠低于1%的警戒值）。

二、超導電纜的標準化運行流程    

超導電纜的運行需嚴格遵循“預冷-試驗-并網-運維”四階段流程，每一步均需記錄關鍵參數，確保可追溯性。 

（一）預冷階段：從常溫到-196℃的“漸進式降溫” 

預冷是啟動運行的關鍵步驟，需避免因降溫過快導致的熱應力損傷（如超導帶材斷裂或接頭脫落）。

具體流程為： 

1. 系統抽空：用真空泵將電纜內部管道真空度抽至1×10⁻³Pa，排除雜質（如水分、空氣），防止低溫下堵塞管道； 

2. 氮氣吹除：用室溫氮氣緩慢吹掃管道（流量≤5m³/h），進一步清除殘留雜質； 

3. 液氮預冷：以0.5℃/min的速率注入液氮，逐步降低電纜溫度（上海工程預冷耗時48小時，最終溫度穩定在-196℃±2℃）。 

（二）通流試驗：驗證額定載流能力的“實戰演練” 

預冷完成后，需通過通流試驗驗證電纜的通流能力。

試驗采用“電流疊加法”： 

1. 電纜末端三相短路，首端接入調壓器，逐級增加電流（從10%額定電流開始，每30分鐘增加10%）； 

2. 監測各相電壓、電流相位（要求相位差≤5°）、溫度（液氮出口溫度≤-190℃）； 

3. 當電流達到額定值（如上海35kV電纜額定電流2160A）并穩定24小時后，試驗合格。 

（三）并網運行：“在線監測+智能運維”的全天候保障 

并網后需通過在線監測平臺實時監控以下參數： 

1. 液氮系統：入口壓力（0.3-0.5MPa）、出口溫度（-196℃±2℃）、流量（10-15L/min）； 

2. 電氣參數：電流（≤額定值）、電壓（±5%額定電壓）、介質損耗（≤1%）； 

3. 環境參數：工作井溫濕度（溫度≤30℃，濕度≤70%）、振動（≤5Hz）。 運維團隊采用“立體巡檢+集中監控”模式：每日人工巡檢工作井（檢查絕熱管是否結霜、制冷機運行聲音是否異常），每周分析在線監測數據（如液氮流量波動超過±10%需排查管道堵塞），每月進行紅外測溫（終端溫度≤-180℃為正常）。 

（四）定期檢修：“狀態評估+部件更換”的預防性維護 

每運行1年需進行全面檢修： 

1. 絕緣性能評估：測量主絕緣電阻（≥1000MΩ）、介質損耗因數（≤0.5%）； 

2. 機械性能檢查：通過X射線檢測超導帶材是否有裂紋（上海工程運行3年未發現帶材損傷）； 

3. 制冷系統維護：更換制冷機油、清洗換熱器（深圳項目制冷機維護周期為2000小時）。

三、運行中可能出現的問題及應對措施

盡管技術不斷優化，超導電纜運行仍可能因環境變化、設備老化或操作失誤出現故障，需針對性制定應對策略。 

（一）問題1：液氮溫度異常升高（如出口溫度＞-190℃） 

原因：絕熱管漏熱（如真空層破壞）、制冷機故障（如壓縮機磨損）、液氮泵堵塞（雜質堆積）。 

應對： 

1. 立即檢查絕熱管外觀（結霜區域可能為漏點），使用真空計測量絕熱層真空度（＜1×10⁻²Pa為正常），若漏點較小，用低溫膠密封；若漏點較大，更換絕熱管； 

2. 切換至備用制冷機（上海工程配置2臺主制冷機+1臺備用機，切換時間＜5分鐘）； 

3. 關閉液氮泵，用氮氣反吹管道（壓力0.2MPa），清除雜質（深圳項目曾因施工遺留銅屑堵塞管道，反吹后恢復正常）。 

（二）問題2：失超觸發（電阻突增＞0.1mΩ） 

原因：過電流（如用戶負荷突增）、局部過熱（帶材焊接點接觸不良）、磁場干擾（附近有大型電機）。 

應對： 

1. 保護裝置自動跳閘（深圳項目跳閘時間＜10ms），切斷故障電流；

 2. 檢查電流記錄（若因負荷突增，聯系用戶調整用電計劃；若因焊接點問題，重新焊接并測試電阻）； 

3. 啟動制冷機加速降溫（目標溫度-196℃），待電阻恢復至0后重新并網（上海工程曾因負荷突增觸發失超，30分鐘后自恢復供電）。 

（三）問題3：敷設后電纜帶材斷裂（如絕緣電阻＜100MΩ） 

原因：牽引力過大（超過8kN）、彎曲半徑過小（＜1.5米）、側壓力過高（＞5kN/m）。 

應對： 

1. 立即停止敷設，使用光纖檢測斷裂位置（精度±1米）； 

2. 截斷斷裂段，更換備用帶材（需與原帶材型號一致），重新焊接并做絕緣處理（深圳項目曾因彎曲半徑過小導致帶材斷裂，更換后測試合格）；

 3. 調整敷設參數（如降低牽引速度至0.5m/min，增大彎曲導向輪直徑）。

超導電纜運行的“技術+管理”雙輪驅動

超導電纜的穩定運行依賴于低溫維持、失超保護、機械適配、絕緣熱管理四大核心技術的突破，以及預冷-試驗-并網-運維標準化流程的嚴格執行。實際應用中，通過智能監測、冗余設計和快速響應機制，可有效應對溫度異常、失超、機械損傷等問題。隨著上海、深圳等示范工程的成功，超導電纜已從實驗室走向商業化，未來將在超大城市電網升級、可再生能源消納等領域發揮更大作用。（來源：中國線纜網）