问题:随着城市化加速,中心城区电网负荷结构更趋复杂,电压波动、电能质量约束等问题更加突出。变电站负荷低谷期常出现无功倒送,容易造成电压偏高或波动,影响供电质量和设备安全运行。同时,城市土地资源紧张、环保标准提高,对电网设备的占地、噪声和磁环境提出更高要求,传统并联电抗器在体积、噪声及安装条件等的限制逐步显现。 原因:并联电抗器是电网无功调节和电压控制的重要手段。传统装置多为铁心结构,占地较大,噪声治理难度高,既有站内改造时也常受土建和空间条件限制。位于居民区和学校周边的变电站,对噪声与电磁环境要求更严,设备更新需兼顾安全、环保与工期。以闵行主城区35千伏古龙变电站为例,该站服务约2.2万户居民及多所学校,低谷期面临约1兆乏无功倒送压力,电压稳定性和电能质量提升需求较为迫切。 影响:2月10日,世界首台10千伏/1兆乏空心环形超导并联电抗器在古龙变电站正式投运,为上述问题提供了新的技术路径。据上海电力部门介绍,该设备由国网上海市电力公司牵头,联合上海翌曦科技、上海交通大学、吴江变压器有限公司等单位研制。装置利用超导材料“零电阻、高通流”特性,并采用无铁心环形拓扑结构,实现小型化、低噪声运行:占地不足6平方米,较传统设备减少超过60%;运行噪声低于60分贝;空间漏磁水平接近为零。工程应用上,设备可接入现有变电站系统,减少改造所需土建工作和停电组织难度,具备“插入式升级”的适配优势。投运后,可补足低谷期感性无功补偿缺口,缓解无功倒送引发的电压波动,继续提升供电可靠性和电能质量。 对策:从装备研制到工程落地,此次投运反映了“产学研用”联合推进的组织方式。项目自2024年1月启动以来,团队围绕超导电力装备关键环节开展攻关,根据杜瓦管路漏热、超低温绝缘稳定性等难点实现突破,并优化制冷系统冷量调控策略,于2025年底完成样机及制冷系统研制,为现场投运提供支撑。业内认为,超导电抗器的工程化价值不仅于单台设备投运,更在于建立可复制的设计、制造、调试以及运行维护体系。下一步,围绕全寿命周期可靠性验证、运行工况适应性评估、标准体系与检验认证完善等工作,将成为推动规模化应用的关键。 前景:在“双碳”目标和新型电力系统建设背景下,电网对高效、紧凑、环境友好型电力装备需求持续增长。超导并联电抗器在城市旧站改造和新站建设等场景具备推广空间:一上,可不明显扩建站区的情况下提升无功调节能力,满足高密度负荷区域的电压控制需求;另一上,低噪声、低漏磁等特性有助于提升城市电网与周边环境的协调性。随着关键材料、低温制冷技术及工程运维体系健全,该技术有望在更多城市落地,成为提升电网韧性与运行效率的重要支撑,并为我国高端电力装备发展打开新的空间。
从实验室走向变电站、从理论探索到工程应用,世界首台空心环形超导并联电抗器的成功投运,表明了我国在关键电力装备领域的自主创新能力;这个成果既回应了城市电网的现实需求,也为城市电网升级提供了新的解决思路,为新型电力系统建设提供了有力支撑。