کابلهای ابررسانا بهعنوان نسل جدیدی از فناوری انتقال نیرو، به دلیل مقاومت صفر، تلفات کم و ویژگیهای ظرفیت زیاد، به ابزاری قدرتمند برای رفع تنگناهای منبع تغذیه در مناطق مرکزی شهری و ترویج تحول سبز شبکه برق تبدیل شدهاند. با این حال، عملکرد آن متکی به محیطهای با دمای بسیار پایین (حدود -196 درجه) و سیستمهای کنترل دقیق است که شامل چالشهای فنی متعددی مانند نگهداری دمای پایین، حفاظت از خاموش کردن و سازگاری مکانیکی است. در زیر، نکات کلیدی و تجربه عملی عملکرد کابل ابررسانا را از سه بعد توضیح خواهیم داد: نحوه تثبیت مسائل اصلی و شیوههای پاسخ، نحوه استاندارد کردن فرآیند عملیات، و نحوه تعمیر مشکلات و راهحلهای معمولی، همراه با موارد واقعی.
1، مسائل اصلی و راه حل های عملی برای بهره برداری از کابل های ابررسانا
(1) نگهداری محیط با دمای پایین: ثبات سیستم نیتروژن مایع "خط حیات" عملیات است
مواد ابررسانا به یک محیط نیتروژن مایع (-196 درجه) برای نشان دادن ویژگیهای مقاومت صفر نیاز دارند، بنابراین حفظ یک محیط دمای پایین وظیفه اصلی است. چالشهای اصلی در کنترل نشت گرما در سیستم گردش نیتروژن مایع (نفوذ گرمای محیطی میتواند باعث تبخیر نیتروژن مایع، اختلال در شرایط دمای پایین)، عملکرد کارآمد واحد تبرید (نیاز به پر کردن مداوم ظرفیت خنککننده) و تعادل دینامیکی فشار سیستم و سرعت جریان نهفته است.
برخورد با تمرین:
1. طراحی عایق چند لایه: بدنه کابل در یک لوله عایق خلاء انعطاف پذیر دولایه پیچیده شده است تا نفوذ گرمای خارجی را کاهش دهد (مانند طراحی لوله عایق پروژه نمایشی 35 کیلوولت شانگهای، که تنها 1/10 از اتلاف حرارت کابل های سنتی را دارد).
2. سیستم تبرید موازی چند ماشینی: واحدهای تبرید چندگانه برای کار به صورت موازی پیکربندی شده اند و تعداد واحدهایی که باید روشن شوند به صورت دینامیکی با توجه به نیازهای ظرفیت خنک کننده تنظیم می شود (پروژه 10 کیلو ولت شنژن از واحدهای تبرید GM با ظرفیت خنک کننده بزرگ تولید داخل استفاده می کند تا مشکل تبادل حرارت کارآمد در فضاهای کوچک را حل کند).
3. نظارت در زمان واقعی و پشتیبان اضافی: سنسورهای دما، فشار و جریان در گرههای کلیدی ورودیها، خروجیها و واحدهای تبرید کابل مستقر میشوند (9 چاه کار در شانگهای راهاندازی شدهاند که هر کدام مجهز به تجهیزات نظارت بر نیتروژن مایع هستند). پس از شناسایی ناهنجاریها (مانند دمای بیش از 2 ± درجه)، واحد تبرید پشتیبان فوراً برای اطمینان از پایداری محیط دمای پایین شروع میشود.
(2) حفاظت از اضافه ولتاژ: یک جهش تکنولوژیکی از "قدرت غیرفعال-خاموش" به "بازیابی خود فعال"
گرمای بیش از حد (پدیده ای که مواد ابررسانا به طور ناگهانی مقاومت را به دلیل دما، جریان یا میدان مغناطیسی بیش از مقادیر بحرانی بازیابی می کنند) جدی ترین خرابی عملیاتی کابل های ابررسانا است که ممکن است منجر به گرمای بیش از حد موضعی، آسیب عایق و حتی فرسودگی تجهیزات شود. روشهای حفاظتی سنتی بر قطع سریع برق متکی هستند، اما میتوانند منجر به قطع برق و تأثیر بر تجربه کاربر شوند.
برخورد با تمرین:
1. نظارت بر همجوشی چند پارامتری: جمع آوری زمان واقعی داده های دما، جریان و ولتاژ کابل از طریق اندازه گیری دمای فیبر نوری، سنسورهای جریان و ترانسفورماتورهای ولتاژ (پروژه شنژن دستگاه های اندازه گیری ارتعاش فیبر نوری را در امتداد خط کابل 400 متری برای دستیابی به سنجش دمای سطح میلی متری مستقر کرد).
2. دستگاه حفاظت از خاموش کردن هوشمند: یک دستگاه یکپارچه برای "بازیابی خود از سفر خاموش کردن" ساخته شده است. هنگامی که افزایش ناگهانی مقاومت (مانند بیش از 0.1 متر Ω) تشخیص داده شود، دستگاه جریان خطا را در عرض 10 میلی ثانیه قطع میکند و به سرعت از طریق سیستم تبرید خنک میشود و به ماده ابررسانا اجازه میدهد دوباره به حالت ابررسانا وارد شود (دستگاه حفاظتی مهندسی شانگهای بدون تأثیر چرخه بازیابی منبع تغذیه کاربر 3)
3. طراحی شبکه حلقه الکترومغناطیسی: مسیرهای منبع تغذیه اضافی را در سمت شبکه ایجاد کنید، و منبع تغذیه را از طریق سوئیچینگ شبکه حلقه در هنگام قطع برق حفظ کنید (پروژه شنژن به شبکه حلقه برق دوگانه در منطقه مرکزی Futian متصل است و نرخ انتقال بار در هنگام قطع برق به 100٪ می رسد).
(3) انطباق عملکرد مکانیکی: "چالش انعطاف پذیری" در نصب و بهره برداری
کابل های ابررسانا از چندین لایه مانند نوارهای ابررسانا (فقط 0.4 میلی متر ضخامت)، لایه های بافر و لایه های محافظ تشکیل شده اند و استحکام مکانیکی آنها بسیار کمتر از کابل های مسی سنتی است. نیروی کشش بیش از حد، شعاع خمشی کوچک، یا ارتعاش در حین نصب ممکن است باعث شکستگی نوار یا لایه برداری بین لایه شود.
برخورد با تمرین:
1. فرآیند تخمگذار سفارشی: پارامترهای کلیدی را از طریق آزمایشهای شبیهسازی 1:1 تعیین کنید (مانند مهندسی شانگهای که محیط پیچیده منطقه شهری مرکزی در شهر Wujing، منطقه Minhang را بازتولید میکند، با اندازهگیری حداکثر نیروی کشش مجاز کابل ابررسانا 8 کیلو نیوتن و حداقل شعاع خمشی 1.5 متر).
2. تجهیزات تخصصی تخمگذار: تحقیق و توسعه تجهیزات تخمگذار با زاویه کوچک و قطره بزرگ (مانند پروژه شنژن با استفاده از فرآیندهای "لوله بالانس آب گل" و "بای پس با زاویه بزرگ" برای حل مشکل گالری های لوله های زیرزمینی باریک در مناطق قدیمی شهری).
3. نظارت بر تنش دینامیکی: نظارت بر زمان واقعی کشش کابل در طول فرآیند تخمگذار (سنسورهای گریتینگ فیبر براگ در پروژه شنژن استفاده می شود و هشدارهای خودکار زمانی که انحراف کشش از ± 5٪ فراتر می رود فعال می شوند) و نظارت بر ارتعاش از طریق ناودانی های زمینی هوشمند در حین کار (سنسورهای لرزش در تمام 9 اندازه گیری شوک کار نصب شده اند، سنسورهای ارتعاش نصب می شوند، و در تمام 9 چاه چاه کاری فعال می شوند. فرکانس ارتعاش بیش از 10 هرتز است).
(4) عایق و مدیریت حرارتی: آزمایش دوگانه "دمای پایین + ولتاژ بالا"
کابل های ابررسانا در محیط نیتروژن مایع (-196 درجه) کار می کنند و باید ولتاژهای 35 کیلو ولت یا حتی بالاتر را تحمل کنند. ماده عایق باید هم چقرمگی دمایی پایین و هم مقاومت در برابر ولتاژ بالا داشته باشد. علاوه بر این، پایانه های کابل (واسط های متصل به شبکه برق معمولی) ممکن است به دلیل نشت گرما، دمای بالای محلی را تجربه کنند، که می تواند بر عملکرد عایق تأثیر بگذارد.
برخورد با تمرین:
1. طراحی عایق کامپوزیت: با استفاده از ساختار عایق کامپوزیت از مواد عایق جامد (مانند رزین اپوکسی) و نیتروژن مایع (ضخامت لایه عایق کابل های 35 کیلوولت شانگهای تنها 20 میلی متر است و مقاومت کرونا دو برابر کابل های سنتی است).
2. بهینه سازی عایق ترمینال: ترمینال از ساختار عایق چند لایه خلاء استفاده می کند (نرخ نشت حرارت ترمینال پروژه شنژن کمتر از 0.5 وات بر متر است که 30٪ کمتر از استاندارد بین المللی است)، و چسب دمای پایین- در رابط پر می شود تا از شکاف های نیتروژن مایع عایق جلوگیری شود.
3. آزمایش عایق منظم: از یک مگاهم متر برای اندازه گیری مقاومت عایق اصلی هر ربع استفاده کنید (با نیاز بیشتر یا مساوی 1000M Ω)، و آزمایش تلفات دی الکتریک سالانه انجام دهید (ضریب تلفات دی الکتریک سه فازی مهندسی شانگهای همه است.<0.5%, far below the warning value of 1%).
2، فرآیند عملکرد استاندارد کابل های ابررسانا
عملکرد کابلهای ابررسانا باید کاملاً از فرآیند چهار مرحلهای «عملیات و نگهداری اتصال به شبکه آزمایشی قبل از خنککننده» پیروی کند و پارامترهای کلیدی باید در هر مرحله ثبت شوند تا از قابلیت ردیابی اطمینان حاصل شود.
(1) مرحله قبل از خنک شدن: خنک شدن تدریجی از دمای اتاق تا -196 درجه
قبل از خنک کردن یک مرحله حیاتی در شروع عملیات است و لازم است از آسیب ناشی از تنش حرارتی ناشی از خنک شدن سریع (مانند شکستن نوار ابررسانا یا جدا شدن مفصل) جلوگیری شود. فرآیند خاص به شرح زیر است:
1. تخلیه سیستم: از یک پمپ خلاء برای تخلیه خط لوله داخلی کابل به درجه خلاء 1 × 10 - 3 Pa، حذف ناخالصی ها (مانند رطوبت و هوا) و جلوگیری از انسداد خط لوله در دماهای پایین استفاده کنید.
2. دمیدن نیتروژن: به آرامی خط لوله را با نیتروژن دمای اتاق (سرعت جریان کمتر یا مساوی 5 متر مکعب در ساعت) دمید تا ناخالصی های باقیمانده را حذف کنید.
3. نیتروژن مایع پیش خنک کننده: نیتروژن مایع را با سرعت 0.5 درجه در دقیقه تزریق کنید و به تدریج دمای کابل را کاهش دهید (زمان پیش خنک سازی برای پروژه شانگهای 48 ساعت است و دمای نهایی در -196 درجه ± 2 درجه تثبیت می شود).
(2) آزمایش جریان: یک تمرین عملی برای تأیید ظرفیت حمل جریان نامی
پس از اتمام پیش خنکسازی، ظرفیت حمل جریان کابل باید از طریق آزمایش حمل جریان تأیید شود. آزمایش "روش برهم نهی فعلی" را اتخاذ می کند:
1. اتصال کوتاه سه فاز در انتهای کابل، یک تنظیم کننده ولتاژ را در ابتدا وصل کنید و به تدریج جریان را افزایش دهید (شروع از 10٪ جریان نامی، افزایش 10٪ هر 30 دقیقه).
2. فازهای ولتاژ و جریان هر فاز (با اختلاف فاز مورد نیاز کمتر یا مساوی 5 درجه) و همچنین دما (با دمای خروجی نیتروژن مایع کمتر یا مساوی 190- درجه سانتیگراد) را کنترل کنید.
هنگامی که جریان به مقدار نامی (مانند جریان نامی 2160 آمپر برای کابل 35 کیلوولت در شانگهای) رسید و به مدت 24 ساعت تثبیت شد، آزمایش واجد شرایط است.
(3) عملیات متصل به شبکه: تضمین 24/7 "نظارت آنلاین + عملیات و نگهداری هوشمند"
پس از اتصال به شبکه، پارامترهای زیر باید در زمان واقعی-از طریق یک پلت فرم نظارت آنلاین نظارت شوند:
1. سیستم نیتروژن مایع: فشار ورودی (0.3-0.5MPa)، دمای خروجی (196- درجه ± 2 درجه)، سرعت جریان (10-15L/min).
2. پارامترهای الکتریکی: جریان (کمتر یا مساوی با مقدار نامی)، ولتاژ (± 5٪ ولتاژ نامی)، تلفات دی الکتریک (کمتر یا مساوی 1٪).
3. پارامترهای محیطی: دما و رطوبت چاه کار (دما کمتر یا مساوی 30 درجه، رطوبت کمتر یا مساوی 70%)، ارتعاش (کمتر یا مساوی 5 هرتز).
تیم بهره برداری و نگهداری از حالت "-بازرسی سه بعدی + نظارت متمرکز" استفاده می کند: بازرسی دستی روزانه از چاه کار (بررسی اینکه آیا لوله عایق یخ زده است و آیا دستگاه تبرید به طور غیرعادی کار می کند)، تجزیه و تحلیل هفتگی داده های نظارت آنلاین (اگر جریان نیتروژن مایع ± 1 تا 0 درصد نوسان داشته باشد، و بیش از 0 درصد نوسان داشته باشد)، اندازه گیری دمای مادون قرمز (دمای ترمینال کمتر یا مساوی 180- درجه طبیعی است).
(4) تعمیر و نگهداری منظم: نگهداری پیشگیرانه "ارزیابی وضعیت + جایگزینی جزء"
تعمیر و نگهداری جامع در هر سال عملیات مورد نیاز است:
1. ارزیابی عملکرد عایق: مقاومت عایق اصلی (بیشتر یا مساوی 1000M Ω) و ضریب تلفات دی الکتریک (کمتر یا مساوی 0.5%) را اندازه گیری کنید.
2. بازرسی عملکرد مکانیکی: از طریق بازرسی اشعه ایکس{1} بررسی کنید که آیا در نوار ابررسانا ترک وجود دارد (در طول عملیات 3 ساله پروژه شانگهای هیچ آسیبی به نوار مشاهده نشد).
3. تعمیر و نگهداری سیستم تبرید: تعویض روغن تبرید، مبدل حرارتی تمیز (چرخه تعمیر و نگهداری دستگاه تبرید در پروژه شنژن 2000 ساعت است).
3، مشکلات احتمالی و اقدامات متقابل در حین عملیات
علیرغم بهینهسازی مداوم فناوری، عملکرد کابل ابررسانا ممکن است به دلیل تغییرات محیطی، قدیمی شدن تجهیزات یا خطاهای عملیاتی همچنان با نقصهایی مواجه شود و باید استراتژیهای پاسخ هدفمند ایجاد شود.
(1) Problem 1: Abnormal increase in liquid nitrogen temperature (such as outlet temperature>-190 درجه)
دلایل: نشت حرارت از لوله عایق (مانند آسیب به لایه خلاء)، خرابی دستگاه تبرید (مانند سایش کمپرسور) و مسدود شدن پمپ نیتروژن مایع (انباشته شدن ناخالصی ها).
پاسخ:
1. فوراً ظاهر لوله عایق را بررسی کنید (مناطق یخبندان ممکن است نقاط نشتی باشند)، از خلاء سنج برای اندازه گیری درجه خلاء لایه عایق استفاده کنید.<1 × 10 ⁻ ² Pa is normal), and if the leakage point is small, seal it with low-temperature glue; If the leakage point is large, replace the insulation pipe;
2. جابجایی به واحد تبرید پشتیبان (پروژه شانگهای مجهز به 2 واحد تبرید اصلی و 1 واحد پشتیبان است، با زمان تعویض کمتر از 5 دقیقه).
3. پمپ نیتروژن مایع را خاموش کنید و خط لوله را با گاز نیتروژن (فشار 0.2 مگاپاسکال) برگردانید تا ناخالصی ها حذف شود (پروژه شنژن یک بار توسط براده های مسی که در طول ساخت و ساز باقی مانده بود مسدود شد، اما پس از دمیدن دوباره خط لوله به حالت عادی بازگردانده شد).
(2) Problem 2: Overload triggering (sudden increase in resistance>0.1m Ω)
دلایل: جریان اضافه (مانند افزایش ناگهانی بار کاربر)، گرمای بیش از حد موضعی (تماس ضعیف نقاط جوش نواری)، تداخل میدان مغناطیسی (موتورهای بزرگ مجاور).
پاسخ:
1. دستگاه محافظ به طور خودکار خاموش می شود (زمان سفر پروژه شنژن<10ms), cutting off the fault current;
2. رکورد جاری را بررسی کنید (در صورت افزایش ناگهانی بار، برای تنظیم طرح برق با کاربر تماس بگیرید؛ در صورت وجود مشکل در نقطه جوش، مجددا جوش داده و مقاومت را آزمایش کنید).
3. واحد تبرید را برای تسریع فرآیند خنکسازی (دمای هدف -196 درجه) راهاندازی کنید و پس از بازگشت مقاومت به 0، مجدداً به شبکه متصل شوید (مهندسی شانگهای یک بار باعث قطع برق به دلیل افزایش ناگهانی بار شد که به طور خودکار پس از 30 دقیقه منبع تغذیه را بازیابی کرد).
(3) مشکل 3: شکستن نوار کابل پس از تخمگذار (مانند مقاومت عایق<100M Ω)
دلیل: نیروی کشش بیش از حد (بیش از 8 کیلو نیوتن)، شعاع خمشی کوچک (<1.5 meters), and high lateral pressure (>5kN/m).
پاسخ:
1. فورا تخمگذار را متوقف کنید و از فیبر نوری برای تشخیص محل شکستگی استفاده کنید (دقت ± 1 متر).
2. بخش شکسته را قطع کنید، نوار یدکی را جایگزین کنید (با همان مدل نوار اصلی)، دوباره جوش داده و عملیات عایق کاری را انجام دهید (پروژه شنژن یک بار باعث شکستن نوار به دلیل شعاع خمشی کوچک شد و جایگزین آزمایش را با موفقیت پشت سر گذاشت).
3. پارامترهای تخمگذار (مانند کاهش سرعت کشش به 0.5 متر در دقیقه و افزایش قطر چرخ راهنمای خمشی) را تنظیم کنید.
