超导材料具有零电阻特性，在电力行业中应用前景广阔。目前，我国在超导电缆应用方面已经有了一些成功的探索，但主要为超导交流电缆示范工程。

近年来，随着新能源发电设备大量并网及以新能源汽车为代表的直流负荷快速增加，各地加快探索建设灵活可控的直流配用电系统。研究超导技术在直流系统中的应用逐渐成了新的方向。

填补国内超导电缆在低压直流配电网中的应用空白

2023年11月，国内首条高温超导低压直流电缆在江苏苏州并网投运，填补了国内超导电缆在低压直流配电网中的应用空白。

超导态是指超导体在特定温度下，电阻为零且磁感应强度为零的状态。就目前已知的超导材料而言，超导态的实现往往需要极低的温度，这个温度被称为超导体的临界温度。

科学家最早发现的超导材料是汞，它的超导临界温度约为零下269摄氏度。包括汞在内，早期发现的超导材料往往需要依靠成本高昂的液氦冷却以实现超导态。

1987年，科学家发现钇钡铜氧超导材料，其超导临界温度突破了液氮的沸点（约零下196摄氏度），达到零下183.15摄氏度。随着越来越多的超导材料被发现，科学家将临界温度高于40开尔文（约零下233摄氏度）的超导材料称为高温超导材料，低于这一温度的则称为低温超导材料。发现临界温度高于液氮沸点的高温超导材料意味着可以用相对廉价的液氮替代液氦实现超导态，从而降低超导材料的应用成本。

若采用低温超导材料，超导电缆系统设计复杂度高、制冷系统投资大、运维管理专业性强，在电网中尤其是在配电网中的可推广性不强。因此，苏州超导电缆示范工程选择了高温超导材料作为电缆的导体材料，使用了国产钇钡铜氧第二代高温超导带材。

该工程在苏州市吴江区同里镇中低压直流配电网的基础上，建设了一条总长180米的高温超导低压直流电缆，连接起±10千伏庞东直流中心站和泓晟塑胶科技（苏州）有限公司厂区直流配电房。对于用户而言，使用高温超导低压直流电缆减少了交直流转换的损耗。

在运维工作方面，高温超导低压直流电缆与常规电缆不同，为保持电缆导体始终处于“高温”状态，运维人员需要利用超导电缆监控系统实时监控电缆内部和制冷系统的温度，确保超导电缆安全可靠运行。

载流量相当于20根常规电缆

根据欧姆定律，电流等于电压除以电阻。因此，人们可能会陷入一个误区：当超导材料进入超导态时，电阻为零，电流将会变得无穷大。

事实上，除了临界温度，超导材料维持超导态还有另外两个临界指标——临界磁场和临界电流。超导材料必须同时满足三个临界指标，才能维持超导态。因此，超导电缆在实际应用中是有载流极限的。

以苏州超导电缆示范工程的高温超导低压直流电缆为例，它的设计电压为±375伏，设计电流为4500安。其设计电流是同电压等级下常规电缆的20倍，一根高温超导低压直流电缆的载流量相当于20根常规电缆。而且，该电缆导体截面积只有90平方毫米，不到常规电缆的一半。更强的电流传输能力意味着更少的导线使用量。根据最高设计容量，该电缆能够完全承担泓晟塑胶科技（苏州）有限公司全部生产设备的供电任务。

直流配电网想要形成供电回路，需要2根电缆分别连接电源的正负极和用户。苏州超导电缆示范工程的电缆创新采用正负极同轴的设计结构，正负极电缆合二为一，是目前结构最紧凑的超导电缆。即便电缆导体置于低温绝热容器中，整体上较常规电缆直径更粗，仍可节约通道空间50%以上。

同时，根据电生磁原理，电流通过时，电缆周围会产生磁场，对旁边的电子设备运行造成一定干扰。而苏州超导电缆示范工程采用的正负极同轴设计使正负极产生的磁场相互抵消，实现了磁场完全自屏蔽，进而消除了对外界的电磁干扰，让电力系统运行更可靠。

损耗为常规电缆的10%左右

导线输电时的损耗主要由电阻生热造成。普通低压配电线路的损耗在1.32%至1.4%之间，这意味着低压配电线路每传输1000千瓦时电能，就有约13千瓦时电能在传输中损耗掉。超导电缆导体由于具有零电阻的特性，运行过程中不会产生电阻损耗。

交流电缆中电流方向存在周期性的正负交替变换，并产生交变磁场和交变电场。由于电磁感应以及电场对绝缘介质的影响，交流电缆导体内会产生感应电流，绝缘介质也会出现发热现象，这些因素造成的能量损失分别被称为涡流损耗和介质损耗。而直流电缆的电流方向始终保持一致，避免了这一问题。

然而，高温超导低压直流电缆运行过程中并非完全没有损耗。现阶段，损耗主要集中在电缆两头的终端、电流引线和电缆本体低温绝热容器等处。电缆终端连接上级电源和用户，需要通过低漏热真空绝热套管从电缆终端引出电流引线，实现低温（零下196摄氏度）至室温（20摄氏度）的过渡以及超导体到普通导体的过渡。温度过渡产生温度损失，导体过渡产生电阻损耗。电缆本体低温绝热容器是超导体维持临界温度的“外衣”，虽然保温绝热性能很好，但也会产生一定的温度损失。超导电缆系统的温度损失为漏热损耗，电流引线作为普通导体会产生电阻损耗。

超导直流电缆损耗仅为超导交流电缆损耗的30%左右，为常规电缆损耗的10%左右，远距离传输几乎没有电压降，降低了电能传输过程中的损耗，延长了低压电缆的供电半径。

未来，随着技术的进步，高温超导低压直流电缆的应用长度更长、覆盖用户更广，综合损耗还将进一步降低。

（原载4月23日《国家电网报》8版）