高电压冷绝缘高温超导电缆的主绝缘设计

摘要

从1986年高温超导体发现以来，因之能在液氮沸点温度下(77K)工作，就此拉开了高温超导应用研究的序幕。高温超导电缆采用具有零电阻特性进行大电流密度输电的高温超导材料作为导体，具有体积小、重量轻、损耗低、无火灾隐患等优点，适用于短距离传输电力的场合及发电厂和变电站等短距离传输大电流的场合以及大型或超大型城市电力传输的场合。高温超导电缆从绝缘结构上可分为室温介质绝缘和低温介质绝缘两类，高温超导电缆采取的是低温介质绝缘。超导电缆本体绝缘部分设计是高温超导电缆研制需解决的关键技术之一。
　　 讨论了不同结构高温超导电缆的本体绝缘结构及特点，对比了常见绝缘材料在常温及低温环境下的电气性能。然后通过实验对特种绝缘纸的电气性能进行了较为深入的研究，进行了包括耐压试验，局部放电试验及介质损耗测量等等一系列工作，掌握了材料在室温及低温环境下的电气参数。最终确定了采用绕包结构聚丙烯层压纸(PPLP)薄膜绝缘作为高温超导电缆本体绝缘设计方案。
　　 用不锈钢管代替波纹管，制作了35kV电压等级的高温超导电缆主绝缘模型，在此模型上进行了35kV绝缘试验，发现了实际工程应用于理论计算之间的差距，并提出了更为合理的设计和实验方法。根据新的试验数据及计算结果制作出的模型通过了35kV电压等级工频交流耐压试验。试验结果表明该模型性能符合预期要求，可为实际高温超导电缆的制作提供重要参考。最终提出了确定220kV冷绝缘结构高温超导电缆主体绝缘层厚度的较为合理的试验方案，并估算了一个理想厚度。