文档介绍：高温超导输电和物理研究*
林.. 良.. 真
( 中国科学院电工研究所, 北京.. 100080)
.. 国家超导中心资助项目
1996 年10 月14 日收到初稿, 1996 年12 月10 日修回
摘.. 要.. .. 实现高温超导输电是一个很吸引人的设想, 要实现这个设想, 不仅要解决一系列技术
问题, 而且还有许多有关基础问题有待研究. 文章概述了高温超导输电研究进展及有待解决的物理问
题.
关键词.. .. 高温超导输电, 高温超导电性, 电力电缆
Abstract.. .. The high..T c superconducting transmission is most appealing but for its ..
plishment it is necessary t o solve not only a series of technology problems but also basic physical
problems. T his paper reviews the progress in it s development and research and the physical problems
which need to be solved.
Key words .. .. high..T c superconducting transmissioin, high..T c superconductivity, power cable
.. .. 自1986 年发现高温超导电性以来, 世界上
许多国家对它的应用基础研究都给予了很大重
视, 许多国家不仅开发出性能优越的Ag 包套
Bi 系超导线材, 而且在电力应用的研究方面,
近几年亦有迅速的进展. 例如日本等研制出
500kVA 高温超导变压器、6. 6kV/ 1kA 高温超
导限流器以及66kV/ 2000A 高温超导电缆等,
这为实现高温超导输电打下了良好的基础.
超导输电主要是实现超导电缆技术, 它是
解决大容量、低损耗输电的一个重要途径. 随
着大城市用电量日益增加, 高压架空线深入城
市负荷中心又受到许多因素的影响, 因此需要
采用大容量电力电缆将电能输往城市负荷中
心. 但是采用常规的油( 或水) 冷电力电缆由于
受其负荷能力和临界长度的影响, 很难满足使
用的要求. 在这方面与常规电缆相比超导电缆
有明显优点.
超导电缆有直流和交流两种形式. 直流超
导电缆由于没有交流损耗, 在输送同样功率情
况下电缆尺寸较小, 因而价格较低, 但电缆两端
需要大型整流和逆变装置, 一般认为输电距离
要达到200km 以上时才较为经济. 交流超导
电缆由于有交流损耗和绝缘层介质损失问题,
其额定功率将受到限制, 但综合技术经济比较
指出, 在输运大容量电能( 如100 万kW 以
上) , 超导电缆是有竞争力的. 当然, 超导电缆
结构和绝热技术比较复杂, 要获得实际应用还
要做不少工作.
随着高温超导长带研制取得进展, 不少国
家将高温超导传输线列为中期的开发目标, 并
已提出一系列实用超导传输线的可行性研究和
着手进行高温超导电缆样机的研究.
要实现超导输电的设想, 不仅有一系列技
术问题需要解决, 而且还有许多有关基础问题
有待研究, 如高温超导电性的物理机理、高温
超导体的超导物理、铜氧化合物的材料科学基
础等都要进行深入细致的研究.
.. 高温超导材料及应用研究进展
1986 年M.. u
ller 和Bednorz 发现镧钡铜氧
化物在35K 温度下具有超导性后, 随即在全世
26卷( 1997 年) 5 期 291
界范围掀起! 超导热., 这一重大的科学发现在
科学和技术上都具有十分重要的意义.
为了使高温超导电性在强电方向应用的可
能性变为现实, 首先要解决的关键技术是要研
制出适用的超导材料, 它不仅可加工成有一定
机械强度的长线, 而且在运行温度( 如77K) 和
一定磁场( 如5T) 下能够通过足够大的电流密
度( 10
4
A/ cm
以上) . 然而早期的高温超导材
料一开始就遇到临界电流低的障碍, 如烧结的
块材在0T 和77K 下电流密度仅达到102A/
cm2 量级, 而且随磁场的增加, 超导材料的电流
密度急剧下降, 因此多年来人们对改善超导材
料的制备以提高其超导性能给予极大的重视.
近十年来, 高温超导材料研究已取得很大
的进展, 在实用方面, Bi 系超导材料是高温超
导材料研究中一个热点, 美、日等国都不遗余力
地开展这方面研究并取得明显成效, 现