上世紀九十年代末，高溫超導材料的制備技術取得重大突破，高溫超導線材很快形成產
業化生產能力，極大地促進了超導應用技術的研究。發達國家政府加大了對超導技術產品研
發的支持力度，國際跨國公司，如：SIMENS、ABB、牛津儀器、Pirelli、住友等，也加快了
超導技術產品的研發，超導應用技術發展迅速。本文將對高溫超導線材及其幾個強電應用的
國內外研發與產業發展狀況作一介紹。

一、BSCCO2223高溫超導帶材
　　現在世界上主要有美國超導公司(ASC)、丹麥北歐超導技術公司(NST)、日本住友電氣公
司等三家單位商業化供應BSCCO2223帶材。當前研究的重點集中在工程臨界電流密度的提高、
機械性能的改善、交流損耗的降低和成本的降低等方面。

　　美國超導公司(ASC)有雇員200多人，是獨立上市公司。該公司持有BSCCO短導線實驗室臨
界電流密度的世界紀錄(70kA／cm2，77K，零外場)?，F在年產量為500千米。為大幅度降低成
本，滿足美國國內電力電纜和海軍超導電動機項目對超導帶材快速增長的需求，公司今年第
一季度在麻省的Devens啟動建設一條新的生產線，生產能力達到10,000千米／年。生產線計
劃在2002年下半年建成并達到生產能力。屆時，鉍系帶材的價格將有望降至 50＄／kA·m。
提供的典型帶材的性能：Ic大于115A (77K)；工程電流密度(Ie)大于13500A／cm2；標準生產
長度為200米；售價大約為250$／kA·m。

　　日本住友電氣(SUMITOMO)是最早在世界上主導BSCCO導線發展的公司，與高溫超導線材有
關的人員只有幾十人。日本高溫超導應用開發使用的導線基本上由住友提供。提供的方式是
以國家項目合作進行，國家專門撥款從公司買線。提供的帶材性能：尺寸為3．8mm×0．24mm；
臨界電流密度大于10000A／cm2；單線長度大于500米。

　　丹麥北歐超導技術公司(NST)屬于丹麥的北歐電線電纜公司(NKT)，是兩年前從NKT研究中
心分離出來的一個專門生產高溫超導線材的公司，目前有員工29人，2000年的銷售收入為
2200萬丹麥克郎。1千米以上的長導線世界紀錄由NST保持。今年，為擴大生產規模，將生產
線搬到Birkerφd，生產能力擴大到350千米／年；并與德國真空公司 (VAC)建立合作聯盟關
系，推動超導技術盡快取得商業突破，具體目標是將帶材的工程臨界電流密度提高到
25000A／cm2以上，并進一步降低價格。生產的帶材主要提供給英國牛津磁體技術公司用于制
造大功率電動機和MRI磁體，以及丹麥國家項目用于制造超導電纜。其提供的典型帶材性能為
：截面尺寸：4．0×0．25m，工程電流：60A；工程臨界電流密度為6000A／cm2；標準生產長
度為700米，最長可達1200米以上。

　　此外還有諸如德國真空冶煉公司有一定的工業化生產高溫超導線材的能力。

　　國內自1988年以來，一直在開展鉍系高溫超導材料的研究。目前從事BSCCO系超導帶材研
究的主要有清華大學、北京有色金屬研究總院和西北有色金屬研究院。

　　2001年4月，清華大學應用超導研究中心研制出數根長度超過300米(最長503米)，工程臨
界電流為28A，工程臨界電流密度超過5000A／cm2的Bi系高溫超導線材。

　　2000年9月，依托于韓征和博士的技術，北京科技風險投資有限公司等數家企業共同出資
創立了北京英納超導技術有限公司。公司經過一年的建設，2001年12月正式投產，設計生產
能力為200千米／年。公司現己試產出單線長度超過1000米，單線可通過電流達43安培， 工
程電流密度超過6000A／cm2的鉍系帶材，達到國際先進水平。

　　西北有色研究院在2001年初成功拉制出200米長的帶材，工程臨界電流超過到20A。

二、高溫超導的強電應用
　　1、超導電纜

　　高溫超導電纜的使用將從根本上解決目前常規輸電電纜所無法解決的損耗大、容量小、
土建費用高、占地面積大及對環境的潛在污染等問題。目前，由于技術和經濟等原因，只有
美國、日本和歐洲等發達國家和地區在從事高溫超導電力電纜的研制開發，其中美國和丹麥
已進入實用化驗證階段?？傮w來講，超導電纜的生產技術基本為工業界掌握，阻礙超導電纜
推廣應用的因素主要是帶材的價格和制冷技術。

　　高溫超導電纜的總體發展趨勢是研制大容量、低損耗、超長電力電纜；在基本解決了電
纜均流、冷縮、電纜結構、制冷系統選配等技術問題后，現在研究的重點在于進一步降低交
流損耗、電纜結構優化、制冷系統優化和電力系統穩定性等方面。

　　高溫超導電纜從絕緣結構上分類主要有冷絕緣結構和熱絕緣結構，從相數上分類有單相
同軸和三相同軸。美國高溫超導電纜采用單相同軸冷絕緣和熱絕緣結構，其認為前者適用于
新建的高電流密度的電網中，后者適用于已有電網的擴容改造。丹麥高溫超導電纜采用單相
同軸熱絕緣結構，其開發的示范電纜交流損耗特性較好。日本高溫超導電纜致力于三相同軸
冷絕緣結構的研制，認為這種結構的電纜在載流量、損耗性能相近的條件下，具有更緊湊的
結構，特別適于在地下走廊空間缺乏的大城市應用。

　　美國于1999年12月完成一條三相單芯30m長、 12．4kv／1250A鉍系高溫超導交流電纜研
制，并成功地進行了掛網試驗，通過它向南線公司所屬的三個工廠供電?，F在正在進行一條
三相單芯120m長、 24kv／2．4kA高溫超導交流電纜的安裝，地點在美國密歇根州底特律的
Detroit Edison變電站，計劃2001年底前將實現對1400戶居民供電。

　　2001年9月24日，美國能源部公布下一輪支持的7個超導應用項目，其中包括兩個高溫超
導電纜項目。一個項目由Pirelli電纜公司牽頭，計劃在紐約Long Island擁擠的城市變電站
安裝一條77MWA的準商業化的高溫超導電纜，項目總投資為1790萬美元，其中能源部支持
890萬美元；另一個項目由南線公司牽頭，計劃在Ohio的AEP變電站安裝一條1000英尺長的三
相超導電纜，以替代已有的充油地下電纜，該項目總投資1800萬美元，其中能源部支持900萬
美元。

　　日本在1997至1999年間，研制了2根50米電纜導體和1根30米單相鉍系超導電纜系統，現
在正在進行一條三相同軸100米長、66kv／lkA交流電纜制冷系統、額定電流和電壓試驗，
2001年底進行負載波動試驗，2002年至2003年將進行過載試驗。同時計劃在2003年投運一條
300米長三相同軸66kv，1000MVA的高溫超導電纜。

　　2001年5月28日，由丹麥NKT牽頭研制的三相單芯30米長、36kv／2kA熱絕緣結構實用化鉍
系高溫超導電纜在哥本哈根郊區的Amager變電站順利實現掛網運行，向150,000個居民供電，
成為世界上第一根安裝于公用電網運行的超導電纜。

　　我國863計劃對高溫超導電纜的研發給予了一定的支持，積累了一定的基礎。

　　2000年12月，中國科學院電工研究所與西北有色院、北京有色院合作，成功地研制出6米
長、2千安培級鉍系高溫超導直流電纜。2000年，電工所與長通電纜公司簽定合作協議，計劃
在2003年9月，研制成功75米，8．7kv／1．5kA的三相同軸電纜。

　　2001年4月，北京英納超導技術有限公司與云南電力集團合作，投資成立北京云電英納超
導電纜有限公司。計劃在五年內投資1．5億元人民幣，推進高溫超導電纜的產業化。

2、超導限流器

　　超導限流器是利用超導體的超導態-常態轉變的物理特性來達到限流要求，它可同時集檢
測、觸發和限流于一身，被認為是當前最好的而且也是唯一的行之有效的短路故障限流裝置
。1989年以來，美國、德國、法國、瑞士和日本等都相繼開展了高溫超導限流器的研究。當
前，國際上適應配電系統的高溫超導限流器的技術性能已經接近應用的水平，但大體上仍處
在示范試驗階段。

　　1995年美國Lockheed Martin公司研制出一臺額定值為2．4kv／80A的橋路型高溫超導限
流器，它可將最大短路電流從2.2kA限制到1．11kA。該限流器在南加州愛迪生電站進行了6周
的試驗運行。

　　在美國能源部支持下，通用原子能公司(General Atomics)、磁通用公司
(Intermagnetic General Cooperation)、LANL與南加州愛迪生公司(SCE)合作研制額定值為
15kv／1200A的商用超導故障限流器。根據設計，它可將最大短路電流從20kA限制到4kA，即
將短路電流減少到20％。整個項目投資為980萬美元。研究工作在1999年已基本完成，整個系
統試驗可望在2001年完成。

　　日本三菱電氣公司自1990年開始就開展電阻型高溫超導限流器研究，首先用在SrTi03基
礎上生長的YBCO薄膜制成電阻限流器。日本中央電力試驗研究所從1995年開始研究用Bi系材
料研制磁屏蔽型限流器。日本電力公司與東芝合作計劃研究500kv／8kA超導限流器，作為第
一步，首先研制了6．6kv／2kA限流器。

　　ABB瑞士研究中心一直從事磁屏蔽型高溫超導限流器的研究，1996年成功地研制出一臺
10．5kv／70A三相高溫超導限流器，該限流器成功地將短路電流從60kA限制到700A。1997年
它被安裝在洛桑一家變電站進行長時間試驗運行。今年ABB公司又成功研制出單相6．4MVA的
電阻型超導限流器原型樣機。

　　德國西門子與加拿大Hydro-Quebec合作，1999年完成利用YBCO薄膜研制0．77kv／135A電
阻型限流器。在此基礎上，2000年完成了1MVA限流器的研制，現正在研制12MVA電阻型限流器
原型樣機。

　　我國中科院電工研究所自1995年以來，開展了超導限流器的研究，1998年研制成功一臺
lkv／100 A的橋路型超導限流器樣機。1998年以來，在探索低造價、高性能的新型高溫超導
限流器方面和高溫超導電力應用基礎研究方面作了大量的工作，提出了一種新型高溫超導限
流器的原理——零序阻斷型高溫超導限流器。這一新型的高溫超導限流器能克服目前國際上
流行的橋路型、磁屏蔽型和飽和電抗器型超導限流器的缺點，而同時又具備橋路型反應速度
和恢復速度快的優點。2001年6月，成功研制出一臺400V／25A的新型混合型三相高溫超導限
流器樣機。目前正與北京紫微星實業有限公司等單位合作開展7．2kv／400A高溫超導限流器
研究，最終目標是研制出20kV／1．5kA實用高溫超導限流器。為加快超導限流器的工程化和
產業化，電工所正在積極融資，準備籌建專門的公司。

　　此外，東北大學物理系和西北有色院合作開展了屏蔽型高溫超導限流器研究，完成了一
臺實驗室樣機，并準備開展飽和電抗型限流器的研究。

3、MRI超導磁體

在30K以下，鉍系帶材的臨界電流密度在高場下幾乎不隨外磁場的增加而衰減。因此，它
很適合用于制造高場超導磁體。

　　1995年以來，美國國家高磁場實驗室(NHMFL)、日本金屬材料研究所筑波磁體實驗室
(TML)、牛津大學Clarendon實驗室和德國Karlsluhe研究中心技術物理研究所相繼開展了1．
0—1．1GHz核磁共振(NMR)譜儀的研制工作， 它的基本結構是由外NbTi-Nb3Sn線圈和內鉍系
超導線圈組成。TML的 1．0GHzNMR計劃預計2001年完成。

　　IGC公司采用2400米的Bi-2223／Ag帶研制的餅式線圈在4．2 K和零背場下可產生3．2
T的磁場； ASC研制出酌線圈在77K和零背場下可產生0．6T的磁場。SEI在HTS線圈的研制方面
創造了世界記錄：他們利用G-M制冷機冷卻的HTS線圈在20K可產生 7T的磁場。

　　高溫超導磁體技術的成熟，為進一步發展高溫超導MRI奠定了基礎。1998年，Oxford磁體
技術公司、Oxford儀器公司和西門子公司合作研制了一個用于人體MRI的HTS磁體。該磁體由
一個C型鐵軛和兩個HTS餅式線圈組成，能在有效的孔徑范圍內產生0．2T的磁場。該系統已經
正式投入使用。

　　1998年10月，以薛敏、倪成博士為首的留學生團隊回國，在深圳高新區創辦了邁迪特儀
器有限公司，致力于超導MRI系統的開發與生產。2000年4月14日，由邁迪特公司開發的
NOVUS1．5T低溫超導MR／系統獲得了國家藥品監督管理局的試產注冊。該系統的功能與圖像
質量與國外同期水平相當。現在，該公司正在與北京英納超導技術有限公司、西北有色金屬
研究院合作開展高溫超導MRI系統的研發工作。北京科健超導技術有限公司早在1990年8月就
研制成功我國首臺低溫超導MRI磁體系統?？平」疽恢贝韲猱a品的銷售和國內維修，對
國外產品有比較深入的了解。近期欲開展高溫超導MRI磁體系統的研制。

　　中國科學院電工研究所在低溫超導磁體技術、高溫超導磁體技術方面有一定的技術積累
。
4、超導變壓器

　　超導變壓器由于體積只有常規變壓器的40％~ 50％，同時效率有很大提高，由92％提高
到98％及以上，因此特別有望用于鐵路牽引系統。例如5～10MVA變壓器可用于高速列車，
1~2MVA地下配電變壓器可用于城市輕軌列車。高溫超導變壓器對于在配電網絡的應用和提高
發電站電壓等級(典型的功率是大于30MVA)方面同樣具有很大的應用前景。其主要優勢在于體
積減小和損耗較低，常規變壓器存在的油保存、污染和回收等問題也隨即得到解決。

　　美、歐、日的研究人員進行了各種高溫超導變壓器的概念設計，并研制出不同容量的工
業級樣機。

　　美國電力公司、IGC公司、橡樹國家實驗室、 Rochester Gas and Electric公司合作，
于1998年初研制成功單相1MVA高溫超導變壓器樣機并進行了試驗。目前正在合作研究容量為
30MVA 、變比為 138kv／13．8kv、60Hz的三相高溫超導變壓器樣機，因為這種容量和電壓等
級的變壓器約占美國今后20年中等容量變壓器銷量的50％。計劃預計于2001年完成。

　　ABB、ASC和EDF(Electricite de France)合作，在1997年開發成功一臺容量為630kVA、
變比為 18．7kv(11．2A)／0．42kv(866A)的三相高溫超導變壓器，并成功地并入日內瓦電網
。1998年，ABB、 ASC及EDF再次達成進一步開發三相10MVA高溫超導變壓器樣機的合作協議，
計劃于2001年完成。

　　德國西門子公司于1999年研制出一臺5．6kv／1．1kv、100kvA高溫超導變壓器樣機。目
前西門子公司正致力開發鐵路交通用1MVA超導變壓器。

　　日本九州大學在1996年研制出一臺單相6．6kv／3．3kA、500kvA的高溫超導變壓器，運
行于 77K下，效率為99．1％。

　　我國中科院電工所開展了一定的工作。

　　株洲電力機車廠和北京英納公司合作在開展機車用超導變壓器的研制。

5、超導電動機

　　高溫超導電機與同功率、轉速的常規交流或直流電機相比，重量減少80％，體積減少
65％，具有更高的效率。可以采用高溫超導塊材制成的永磁體或者高溫超導帶材制成的線圈
作為電動機的磁場線圈，但對于大型的電動機來說，采用高溫超導帶材更為有利。

　　1996年2月，在美國能源部(DOE)的支持下，美國Reliance電力公司(REC)成功研制出一臺
四極HTS同步電動機：轉速為1800rpm，HTS線圈工作于27K，能連續輸出147kW的功率(比設計
的92 kW高出60％)。1997年8月，DOE進一步支持REC開展3．7MW(5000馬力)的HTS電動機的研
究工作，2001年已完成全部研制工作。

　　美國海軍對單極HTS電動機的研究給予了高度重視。1996年，利用ASC和IGC提供的兩個跑
道型 HTS線圈研制的單極電動機在4．2K和28K下可分別輸出122kW和82kW的功率，轉速達
11700rpm， 電樞電流為30kA。美國海軍希望將單極超導電動機用于船舶推進。美國海軍與
ASC簽署了合作研制 18．7MW的高溫超導電動機的合同，有關工作正在進行之中。

　　2001年9月24日，美國能源部宣布未來3至4年的超導應用支助計劃，其中包括利用鉍系高
溫超導線材制作100MVA高溫超導電機的項目，總預算2600萬美元。

　　2001年，德國西門子公司研制成功400kW高溫超導電動機。

　　我國洛陽725所、武漢712所和北京英納公司正在合作開展這方面的研究，預期目標是百
千瓦級高溫超導電機樣機。