2012年12月31日，值歲末年初、辭舊迎新之際，我國自主創新研制的世界第一臺220kV飽和鐵芯型高溫超導限流器，在國家電網天津石各莊變電站正式掛網運行。這一世界級的技術創新成果，其課題被列為國家“863計劃”項目，是以天津百利機電控股集團為主導與北京云電英納超導電纜有限公司、天津市電力公司合作研究與開發。

目前，這臺設備并網負載運行已經6個月，經檢驗測試各項性能指標達到預期效果。如，高壓電氣絕緣油箱內部壓力50kPa密封試驗時間大于72小時，快速響應時間小于8毫秒，勵磁恢復時間小于600毫秒，溫升工頻耐壓、局部放電、雷電沖擊、聲級和絕緣電阻等試驗均符合國家標準要求，設備運行處于良好狀態。國家科技部組織專家組前往天津石各莊變電站，對“220kV/800A飽和鐵芯型高溫超導限流器的研究與開發”進行了現場考察和技術評審，見證了上述性能指標達標，一致通過了這一項目驗收。

業內專家稱，超導限流器是電網所需部件領域的前沿技術，許多發達國家都在加緊研發這種高新技術和產品。然而，真正拔得頭籌的當屬天津百利機電控股集團等三方合作研制的220kV/800A飽和鐵芯型高溫超導限流器，它是目前世界上在電力系統實際應用的電壓等級最高、容量最大、響應時間最快、勵磁恢復時間最短的超導限流器，達到國際領先水平。這一高技術新產品的成功掛網運行，是我國在全球取得這一前沿技術重大突破的標志，使我國在發展超導限流器技術方面始終保持世界領軍地位，對推進我國超導限流器產業化具有十分重要的意義。

人所共知，電是現代社會的“血液”，電網安全運行關系國計民生。曾記得，2011年9月8日發生在美國南加州圣迭戈的大停電，中斷了近700萬人長達13小時的供電，導致當地整個社會生產和生活陷于癱瘓，造成巨大經濟損失，經分析，這場事故是由輸電系統的故障所引發。據介紹，超導限流器是保障輸電安全的重要技術措施，可以說電網因它而安，光明因它而在。鑒于此，為倡導科學生活觀，在此，就超導限流器這一高技術新產品的知識及相關信息作以概述和普及。

超導限流器發展概述

言及限流器當從“電”說起。隨著我國國民經濟的飛速發展，人們對電力和供電質量的需求不斷提高，輸、配電網規模及電網互聯程度的日益擴大，必然導致電網短路功率及故障短路電流迅速增大。故障短路電流的急劇增大，已成為制約現代電力系統發展的技術瓶頸之一。由于一般情況下電力系統短路電流可達到額定電流的20倍，而且呈現多個站點短路電流將超過斷路器的極限分斷能力，使電力系統電氣設備的安全系數設計值越來越大，從而大大降低了電力系統運行的安全性和經濟性。因此，如何有效地控制故障短路電流并降低斷路器分斷容量，是當前電力系統面臨的重要課題。現在，能夠抑制電網故障短路電流的手段很有限，在設備上常用的是高阻抗變壓器和限流空心電抗器等，在系統設計上常用的是把電網的規模變小或互聯程度降低。高阻抗變壓器可以在一定程度上降低電網的故障短路電流水平，但同時增加了電網傳輸損耗，對電能質量會造成一定程度的不良影響。使用空心電抗器也存在類似的問題，而且把限流空心電抗器用于高電壓等級目前還存在著一些技術困難。在設計上降低電網互聯程度或減小電網規模與電力系統增強電網互聯，提高大電網輸電能力的發展趨勢是背道而馳的。

受全球氣候變化、生態環境惡化及化石能源快速消耗等問題影響，當今世界能源格局正在發生重大而深刻的變革，智能電網逐漸被世界各國所重視。

美國國家能源部（DOE）下屬西北太平洋國家實驗室（PNNL）發布的《智能電網：能源與二氧化碳收益評估》（TheSmartGrid:AnEstimationoftheEnergyandCO2Benefits）報告稱，截至2030年，智能電網對美國電能消耗和二氧化碳排放削減的直接貢獻將達到12%，間接貢獻將達到6%。而美國政府此前承諾的2020年溫室氣體減排量為17%。

美國電科院和相關組織的分析認為，智能電網將承擔美國2020年碳減排目標約一半的重任。

2009年9月22日，胡錦濤主席在聯合國氣候變化峰會上表示，到2020年我國非化石能源占一次能源消費比重將達到15％左右。2009年11月25日，國務院常務會議決定，到2020年中國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。2010年3月，溫家寶總理所作的《政府工作報告》明確，“大力開發低碳技術，推廣高效節能技術，積極發展新能源和可再生能源，加強智能電網建設”。可見，智能電網已成為目前世界發展的新趨勢、新方向。

為適應這一新趨勢，我國電網公司從我國地域廣闊而致能源中心和負荷中心分布嚴重不均的國情出發，為保證中國經濟的高速發展，在歐美智能電網特征的基礎上，特別增加了“堅強”這一元素，構建以特高壓骨干電網為核心，以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網，在此基礎上，兼顧各級電網的協調發展，通過試點和示范逐步向低壓配電網與用戶端展開，促進電網的安全、高效與開放。從強化堅強元素的發展戰略來看，目前我國電網在用的傳統限流元件已不能適應堅強智能電網的需求，超導技術的發展及在電網的應用越來越受到業內專家的重視

目前，在高溫超導產品中，應用于電力系統的主要有超導電纜、超導限流器、超導變壓器、超導儲能裝置、超導電機等，超導限流器是所有高溫超導產品中技術最成熟、應用前景最好、產業化條件最完備的產品，成為智能電網的首選。不僅如此，超導電力技術不僅是一項民用技術，在國防安全方面也具有重大應用價值，也可以用于艦船電力系統短路電流的限制。

超導限流器的功能

超導限流器的研究及應用，標志著一個國家電力工業的發展水平。

我國的電網一是容量大、二是電壓等級高，為了保證電網運行的穩定性和可靠性，就要防止電網出現突發性的故障，尤其是短路故障的突發。因為，短路故障電流瞬間可達到額定電流的10倍、20倍，如果電網沒有保護裝置，會給電網設備造成沖擊而損壞，甚至引起電網癱瘓，給電網帶來很大的經濟損失。解決這個問題有很多技術措施，其中，限流器就是一個很好的措施，它的解決方式是在電網整個系統中接入一個限流器，在電網出現故障電流時呈現一個大的阻抗吸收故障電流，在電網中電壓等級越高其作用就越大。如：220kV、550kV、1000kV電壓等級都需要安裝限流裝置來保障電網的安全性和可靠性。

限流器并不是一個新技術，但有傳統型與超導型之分。傳統限流器是一個電阻性的元器件，要串入電網里，在電網沒有發生故障時它也要耗能；突發短路故障瞬間電流很大，其響應速度很慢，使電網的安全保證受到局限；而且，限流器電壓等級越高其結構也越復雜，體積就越大。現在，世界各國都在關注超導技術在電網中的應用，在正常情況下，超導限流器成零阻抗，耗能小，響應速度快，它的獨到優勢克服了傳統限流器的缺陷，保障了電網的安全性、可靠性。

超導限流器一般都是利用超導體的超導態——正常態轉變的物理特性和一些輔助部件，在電網線路出現故障時形成一個適當的阻抗來限制電流，與普通的限流元件相比具有許多優點：（1）動作快，有可能在亞毫秒級的時間內做出反應；（2）可以根據需要將故障電流限制在系統額定電流的兩倍左右；（3）它是串聯在電力系統中且呈超導狀態，因此在正常運行狀態下，多數的超導限流器只有極小的功率損失；（4）能自動觸發、自動快速復位，集檢測、觸發、限流于一體；（5）是一種靜態的限流器，結構較為簡單；（6）當超導限流器連接在幾個系統之間并相互通電時，能形成極穩定的電力系統網，保證某一系統發生故障而不致于影響整個系統的正常運行，提高了系統的可靠性，而這種特性正是目前準備大力發展的智能電網所需要的。

目前國際上超導限流器的研發及應用現狀

超導限流器因具有極為獨特的優點而為世界各國所矚目，特別是高溫超導材料迅速發展以后，專家們認為超導限流器將是電力系統替代傳統限流器的首選。

現在，發達國家以及我國都在利用超導技術研究新型限流器，但采用的技術路線不同。目前，正在開發或接近實用的超導限流器有：無感電抗器型、三相電抗器型、混合型、電阻型、變壓器型、磁屏蔽型、飽和鐵芯電抗器型以及路橋型等多種。日本、法國、英國、美國等都投入人力、物力進行大量試驗研究并且取得了重要進展。

超導限流器的發展大致為三個階段：第一階段為超導限流器原理樣機的研制與試驗，驗證其原理可行性。第二階段為中低壓等級水平試驗樣機的研制和工程示范，目的是驗證工程技術可行性。第三階段向更具市場前景的高壓輸電網等級應用發展，并最終實現產業化。目前，從各國的發展情況看大都向第三階段發展。

據相關信息考證，自上世紀90年代以來，日本東芝、法國耐克森、德國西門子、美國通用等諸多世界知名的電器制造商以及多家電器研發機構，進行了不斷提升電壓等級和容量的超導限流器研發。如，1996年，ABB瑞士研究中心成功地研制出一臺1.2MW三相屏蔽型超導限流器，安裝在Lontsch變電站成功試運行近兩年。德國Zenergy公司開展了138kV飽和鐵芯型超導限流器的研制，并將在公用電網運行測試。德國西門子公司研制的12MVA模型已順利通過實驗，目前正在研制12MVA樣機。由法國耐克森公司、德國西門子公司和美國超導體公司聯合研發的138kV/900A電阻型超導限流器，于2011年10月13日宣布成功進行了電網電壓等級的測試，但尚未掛網運行。

在我國，中國科學院電工研究所于2005年完成了一臺10.5kV/1.5kA橋路型超導限流器并在湖南婁底掛網運行。天津百利機電控股集團公司與北京云電英納超導電纜有限公司從2005年開始研究飽和鐵芯型超導限流器，于2007年完成了35kV/90MVA超導限流器樣機的研制，2008年1月在昆明普吉變電站正式掛網示范運行，2009年完成了在線人工短路試驗。是當時世界上掛網運行電壓等級最高、容量最大的超導限流器35kV/90MVA超導限流器的成功并網運行，使研發團隊方面掌握了一系列突破性的關鍵技術，為研制更高電壓等級的超導限流器奠定了基礎。

220kV/800A飽和鐵芯型高溫超導限流器的功能特性及技術水平

我們講，220kV/800A飽和鐵芯型高溫超導限流器達到國際領先水平，還不僅在于它的電壓等級最高、容量最大，重要的是在于自主創新的技術專長。其核心技術是，通過改變飽和鐵芯型高溫超導限流器恒定直流磁勢為速斷直流，繞組采用松耦合結構和鐵芯不等截面設計等關鍵技術，解決了一直以來困擾飽和鐵芯型高溫超導限流器的體積重量大、穩態阻抗難以下降和直流勵磁回路感應高壓沖擊等難題，形成14項專利，其中發明專利11項（含國外專利1項），實用新型專利3項，在國際發表學術論文22篇。

由于技術獨到，這一創新的飽和鐵芯型高溫超導限流器具有與其它超導限流器不同的四個特點：

1.電抗系統是飽和鐵芯型高溫超導限流器的主體部分，通過交、直流繞組耦合結構、三相六鐵芯布局、切斷直流電源的限流方式、鐵芯磁路不等截面及高壓絕緣等設計，保證了限流器穩態低阻通流和短路高阻限流的可靠實現，是限流器設計的核心內容。

2.直流勵磁系統通過對超導繞組骨架優化設計和直流勵磁控制回路設計解決了限流器鐵芯從深度飽和———非飽和——深度飽和的迅速轉換的難題。

3.制冷系統是確保直流勵磁系統中超導直流勵磁繞組部分處于液氮溫區，從而保證超導限流器的正常工作。通過對制冷系統的仿真設計及在線監測設計，提高系統的智能化程度，確保了系統運行的可靠性。

4.監控保護系統是超導限流器的配套設備，通過實時監控超導限流器的制冷系統的熱工參數、直流勵磁系統和交流電網中的電氣參數，保證超導限流器系統正常工作，從而達到限制電網短路電流，改善電力系統動態穩定性，保障電網以及電力設備的安全穩定運行的作用。此外，監控保護系統還具有數據記錄和數據分析等功能。實現遙調、遙測、遙信、遙控等功能，是智能電網實現智能化的重要組成部分。

市場前景

國際上普遍認為，高溫超導限流器將是超導技術大規模應用的產品，將最早實現產業化。美國能源部已將超導限流器列為智能電網建設的關鍵設備，贊助三個高溫超導限流器研發項目。在英國，不僅有西門子公司生產的10多臺超導限流器聯網時運行，而且又從德國Zenergy公司購進一臺飽和型超導限流器。從應用范圍來講，凡存在短路電流過大問題的場所均可使用超導限流器，像發電廠、輸電網、變電站和大用戶等均可應用，超導限流器潛在的國際國內市場巨大。

據中國電器工業協會提供的資料，“十二五”期間，我國發電裝機容量約14億kW，投產110kV及以上線路約46萬公里、變電容量約25億kVA，其中1000kV特高壓交流線路2.2萬公里，變電容量約2.2億kVA；直流線路2.9萬公里，變電容量約2.2億kVA；110～750kV交流線路41萬公里，變電容量約21億kVA。全國110kV及以上線路達到133萬公里，變電容量達到約56億kVA，電力工業投資將達5.3萬億元，比“十一五”增長68%。其中，規劃電網投資約2.55萬億元，占電力總投資的48%。

2009年5月，國家電網公司提出了以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展，具有統一標準的信息化、數字化、自動化和數據集中雙向互動化特征的堅強智能電網戰略。2010年進一步發布《國家電網智能化規劃總報告（修訂稿）》。“十二五”期間，將是智能電網建設全面推進的重要時期。到2015年末，智能電網設備將實現重大突破。在未來十年，智能電網領域將約有4萬億元的建設投資。預計2011年至2015年將新建改造8000座智能變電站（其中國家電網公司6200座），這一階段預計投資2萬億元。

隨著智能電網的建設的全面推進，必然要帶動與之相對應的是發、輸、配、用電設備的快速發展，中國將成為全球最重要的電氣設備市場。根據中國電器工業協會預測，至2020年國內超導限流器潛在的市場容量逾期超過1500億元。

另外，由于美國南加州圣迭戈的大停電而造成巨大的經濟損失，美國、歐盟、日本等國家對電網互聯安全性和運行可靠性的重視程度不斷提高，超導限流器在國際市場潛在需求也不斷上升。據德國Zenergy公司估算，超導限流器全球市場規模每年將達50億美元。

綜上，超導限流器是一項發展前景良好、市場容量巨大的產品，市場前景十分廣闊。

天津百利機電控股集團是220kV飽和鐵芯型高溫超導限流器的主要研發方之一，是天津裝備制造業主體，位列中國企業500強。為迅速推進超導限流器產業化進程，借助良好的資本市場融資平臺，天津百利機電控股集團擬通過旗下實際控制的上市公司———天津百利特精電氣股份有限公司非公開發行股票，即定向募集資金等方式進行籌資，在天津建立超導限流器制造基地，以盡快讓超導限流器這項自主創新的國際領先技術實現產業化，為我國堅強智能電網建設服務。