解读南方电网PPT：全球首个应用于城市中心高供电可靠性需求区域的超导电缆示范工程——深圳供电局超导电缆示范工程介绍

超导电缆：从低温超导到高温超导

材料先从原理讲起。1911年荷兰物理学家昂内斯发现汞在4K时电阻检测不到，此后又发现锡、铅等材料在低温下进入一种具有特殊电学性质的状态，这种状态被命名为超导电性。随后关于超导电阻上限的实验表明，超导体的电阻趋近于零。这为后续用超导材料输电提供了物理基础。

按临界温度划分，超导材料分为低温超导体和高温超导体两类。低温超导体临界温度约4.2K，也就是约零下268.8摄氏度，需要在液氦环境下工作，典型材料如铌钛、铌三锡；高温超导体临界温度约77K，即约零下196摄氏度，可在液氮环境下工作，材料包括钇钡铜氧和铋锶钙铜氧等。工作温区的差别，直接决定了工程制冷的难度和成本。

超导电力技术是超导技术与电力技术的交叉领域，可提升输电效率与可靠性、提高能量密度，被认为是较有可能走向大规模应用的方向之一。常见超导电力设备包括超导电缆、超导限流器、超导电动机、超导发电机、超导变压器等。

超导电缆的优势与工程概况

材料给出超导电缆三项突出优势：一是电流密度大，可达100至1000安每平方毫米；二是传输损耗小，约为常规电缆的50%至500%之一量级（原文表述为“的50-5001”，此处按原文给出）；三是走廊占地少，在相同传输容量下走线宽度大幅缩减。这些特性对应三类典型应用场景：长距离电力输送、城市地下电缆替代扩容、配电网大容量或大电流应用。

具体到深圳工程，

线路位于城市中心高负荷密度供电区域，为平安大厦等重要负荷供电。项目主要历程从2017年11月起步，历经2019年2月、2020年1月、2021年9月、2022年7月、2023年2月等多个时间节点，覆盖研制、安装到投运的完整过程。

系统构成方面，工程由三相同轴式超导电缆本体、超导电缆终端和配套低温制冷系统等部分组成。终端设有三相高压套管、液氮进出口、屏蔽层及信号线接口、电缆承接段和流量、温度、压力测量装置；低温制冷系统由制冷机组、水冷机组、冷箱、集成阀箱与液氮汽化、抽空泵等设备构成。

创新点一：全球首次城市中心区实战化应用

材料把“全球首个应用于城市中心高供电可靠性需求区域的超导电缆示范工程”列为第一项创新。南方电网深圳供电局将超导电缆运用到城市中心高负荷密度供电区域，为平安大厦等重要负荷供电，这被认为是全球首次在城市核心区开展实战化应用。

这一应用被材料界定为对超导电缆研发和应用水平、城市电网运行管理水平的一次大考。它不仅为解决特大型城市供电问题提供了新样板，也被视为具有战略意义的电力传输新技术探索。放在城市中心区做工程验证，意味着超导电缆要同时面对供电可靠性、空间受限、施工干扰等多重约束。

创新点二、三：国产400米级电缆与杜瓦管一体成型

第二项创新是首次实现国产400米级三相同轴高温交流超导电缆的设计和制造。项目团队历时3年多，成功研制出国内首条工程化10千伏三相同轴高温交流超导电缆。材料称，团队全面突破并掌握了三相同轴电磁耦合分析、超导层电流分配、液氮-纸复合绝缘、局部放电抑制、双流体通道优化、末端集束引线、屏蔽层接地等关键技术，整体技术水平被评价为处于国际领先。

第三项创新聚焦制造工艺。项目首次实现国产长距离低温杜瓦管与通电导体一体化连续焊接成型，采用同步成型工艺实现通电导体与杜瓦管的连续封装制备，完成封装、焊接、探伤、轧纹等工序。工序与工艺创新使超导电缆外装杜瓦管实现一体化连续制造。这解决了长距离超导电缆配装低温管道的工艺难题，也避免了通电导体套装低温杜瓦管时被损伤的制造风险。

创新点四、五：国产大冷量GM制冷机与失超保护装置

第四项创新是首次研制国产大冷量GM制冷机并批量化用于工程实施。做法包括降低制冷机对外传热的换热温差，提升冷量传递效率，从而增大制冷机制冷量；同时对比验证不同磨损结构、材料的选型，降低系统振动和阀门磨损，提高制冷机可靠性。制冷机能否稳定提供冷量，直接关系到超导电缆能否维持在超导态运行。

第五项创新是首次研发国产三相同轴超导电缆失超保护装置。材料列出该装置在失超故障检测、多维度运行状态在线监测、超导电缆与电网保护协调配合技术以及高可靠性保护设备研制等方面的突破。其中失超故障加速动作以及自恢复控制等功能被材料称为国内外首创。这些功能针对的正是超导电缆工程化应用中的安全保障难题。

创新点六：不扩建变电站而增加容量

第六项创新是采用超导电缆实现110千伏变电站不扩建增加容量。材料做了方案对比：若采用110千伏电缆，需要扩建一台主变，但变电站位于福田CBD中心地区，土地紧张、拆迁困难，需花费大量资金。

该项目改用10千伏超导电缆连接220千伏滨河站与110千伏星河站，从而实现110千伏变电站不扩建即可增加容量。按材料给出的数据，这一方案减少变电站占地500平方米，节省工程投资约1000万元，同时降低了工程建设难度。这也是超导电缆在城市中心区落地最直接的价值体现。

这组数据集中反映了深圳超导电缆示范工程的规模与效益。线路长约400米，电压等级为10千伏，电缆研制历时3年多。对一项城市中心区的示范工程来说，400米的长度和10千伏的电压等级，说明它并非实验室样品，而是具备工程化意义的实际线路。 效益侧最醒目的是两个数字：减少变电站占地500平方米，节省工程投资约1000万元。这两个数字都来自“不扩建变电站而增加容量”的方案选择，也说明超导电缆在城市中心区的竞争力，很大程度上来自对土地和土建成本的替代。项目自2017年11月启动，到后续多个节点逐步推进，体现了较长的工程周期。

这组数据来自材料对超导材料分类和超导电缆优势的介绍。低温超导体临界温度约4.2K，需要在液氦环境下工作，对应约零下268.8摄氏度；高温超导体临界温度约77K，可在液氮环境下工作，对应约零下196摄氏度。二者温区相差悬殊，直接影响制冷系统和运行成本。 在电缆性能侧，材料给出电流密度可达100至1000安每平方毫米，相同传输容量下走线宽度可减小约40%。这些指标解释了超导电缆为何适合城市地下电缆替代扩容和大容量配电场景，也为深圳工程选择10千伏超导方案提供了技术依据。