Испытание 350 м ВТСП кабеля в электросети Олбани (шт. Нью-Йорк)
2007, Tом 4, выпуск 1
Тематика: ВТСП кабели в сетях
Установку и тестирование ВТСП кабеля длиной 350 м в действующей электросети Олбани выполнили следующие компании:
· SuperPower – главный подрядчик и постав-щик 2G (YBaCuO) лент;
· Sumitomo Electric Industries - поставка 1G (BSCCO) лент, производство ВТСП кабелей, их монтаж и тестирование;
· BOC Group – поставка, установка и мониторинг криогенных систем;
· National Grid – установка системы релейной защиты.
Работы финансировали Министерство энергетики США, общественные организации штата Нью-Йорк и сами участники проекта.
Установленная кабельная система рассчитана на напряжение 34,5 кВ и ток до 800 А. Кабель общей длиной 350 м был составлен из двух частей – одна длиной 320 м, другая – 30 м. В настоящее время обе части кабеля выполнены из ВТСП 1-го поколения BaSrCaCuO (производства Sumitomo), в дальнейшем планируют 30 метровую часть заменить на 2G ВТСП -YBaCuO. Две секции кабеля были соединены друг с другом и протянуты внутри подземной трубы. Соединение двух независимых секций кабеля демонстрирует принципиальную возможность создания протяженных ВТСП ЛЭП, составленных из разных кусков кабеля.
Выбранная структура ВТСП кабеля «три в одном» (рис. 1) обеспечивает компактность системы.
Компоненты кабеля:
· центральный несущий элемент из пучка медных проволок (шунтирует ток в случае короткого замыкания).
· токонесущий элемент (спирально намотан из DI-BSCCO лент в 2 слоя);
· сверхпроводящий экран (намотан из DI-BSCCO лент в 1 слой);
· ленты DI-BSCCO компании Sumitomo (изготовлены по оригинальной технологии, включающей отжиг при избыточном давлении);
· электроизоляция – полипропиленовая (PPLP) пленка;
· наружный медный экран.
Рис.1. Структура ВТСП кабеля.
Три субкабеля установлены в оболочку с некоторой свободой для компенсации термического сжатия. При тестировании пробного кабеля деградацию критического тока в ВТСП лентах не наблюдали. Более того, пробная прокладка кабеля и опыты короткого замыкания в сети показали, что предложенная конфигурация кабельной системы весьма перспективна для замены обычных кабелей без прокладки новых туннелей (наружный диаметр был выбран стандартным для обычных кабелей).
Основа криостата - гофрированная труба с двойными стенками из нержавеющей стали, которая одновременно служит внешним защитным кожухом и может растягиваться в процессе прокладки кабеля. Растягивающийся криостат переменной и достаточно большой длины оказался весьма удобным и практически полезным при прокладке 350 м (и более) кабелей. Главные требования к криостату:
· возможность оперативной замены;
· гарантия сохранения вакуума в течение, как минимум, 10 лет;
· обеспечение минимального теплопритока.
На первом этапе установлены две секции ВТСП кабеля (каждая из лент Bi-системы компании Sumitomo), возвратная труба для прокачки азота длиной 350 м и криогенная система реконденсации азота. На следующем этапе одна из секций (длиной 30 м) будет заменена кабелем на основе лент 2G Y-системы, изготовленных компанией SuperPower. Пробный пуск системы состоялся 20 июля 2006 г. и прошел без каких-либо сбоев.
В состав системы криогенного охлаждения (рис. 2) входят
· азотный резервуар;
· термосифон, допускающий охлаждение азота как криокулером (основной вариант), так и жидким азотом с откачкой (резервный вариант);
· насосы, прокачивающие переохлажденный жидкий азот по замкнутой петле ВТСП кабеля.
Система криогенного охлаждения также способна подавать азот в виде холодного газа любой температуры и прокачивать его по кабелю с разными скоростями для начального захолаживания системы.
После поставки от компании Sumitomo из Японии кабель прошел всесторонний контроль, показавший, что в процессе перевозки, установки и первоначального захолаживания он не был поврежден: критический ток, измеренный по критерию 1 мкВ/см, для каждого участка кабеля составил 2,3 кА при 73 К (усредненная температура по всей длине кабеля при скорости прокачки азота порядка 40 л/мин). После высоковольтных испытаний также не обнаружено никаких повреждений кабеля. Ис-пытания проводили по стандартам Ассоциации осветительных компаний Эдисона (AIEC) для подземных 34,5 кВ кабелей при постепенном увеличении напряжения, прикладываемого к каждому уча-стку кабеля, до 100 кВ с шагом 10 кВ.
Рис. 2. Криогенная система.
20 июля 2006 г. кабельная ВТСП система была введена в строй в сети National Grid. Сначала кабель был подключен к подстанции Riverside и испытывался под напряжением в течение нескольких часов, после чего оба конца кабеля были подключены к сети и через ВТСП кабель начал передаваться ток. С момента подключения кабельная система функционирует без перебоев, и все параметры - температура, давление и скорость прокачки жидкого азота - контролирует удаленный эксплуатационный центр фирмы BOC, находящийся в шт. Пенсильвания.