一种高可靠性的超导电缆系统的制作方法

1.本发明涉及超导电力电缆技术领域，特别是涉及一种高可靠性的超导电缆系统。


背景技术：

2.超导电缆由于其特有的大电流传输能力，其应用越来越广泛，一种典型的应用模式是使用较低电压等级替代常规较高电压等级线路，例如使用10kv超导电缆替代35kv或者110kv常规线路；使用35kv超导电缆替代110kv或者220kv常规线路等。
3.而短路故障是超导电缆运行过程中遇到的最严苛运行条件，在故障电流通过时，会导致超导材料失超，且随着短路能量的积累、导体层温度升高，可能导致超导材料发生不可逆的损坏。
4.此外，单相接地故障是电网最常见的短路故障；在这种情况下，存在一个很大的风险，在某一单相短路故障下，超导电缆的单相受损，而其他另外两相完好，但由于超导电缆的通电导体均处于低温环境，并且需要在工厂内进行指定节距绞合等预处理操作，单相受损实质上相当于整条电缆失效，必须更换整条电缆，更换成本高。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种能通过备用单芯替换损坏的接电单芯或降低超导电缆载流水平，无需拆除整条超导电缆，快速地使超导电缆恢复工作，减少检修时间，更换成本低；且通过第二支路引流故障电流，保证了超导通电导体的安全的高可靠性的超导电缆系统。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高可靠性的超导电缆系统，包括两个三相结构的母线，以及并联电连接在两个所述母线之间的第一支路和第二支路，所述第一支路包括超导电缆、高压出线单元和短接器，所述超导电缆包括防护管和至少一个设置在所述防护管内电缆芯，所述电缆芯包括接电单芯和备用单芯，所述接电单芯和备用单芯绞接，所述接电单芯的两端分别通过所述高压出线单元与两个所述母线连接，所述备用单芯的两端分别与所述短接器电连接，所述短接器接地，所述第二支路包括三相导线，所述三相导线的两端分别通过连接电线与两个所述母线连接。
7.作为本发明优选的方案，所述第一支路还包括终端容器，所述终端容器与所述短接器电连接，所述接电单芯的连接端和备用单芯的连接端分别从所述防护管伸出至所述终端容器内。
8.作为本发明优选的方案，所述电缆芯还包括第一骨架，所述接电单芯和备用单芯间隔布置并捆扎在所述第一骨架上。
9.作为本发明优选的方案，所述第一骨架内设有过线通道，所述过线通道内设有温度传感器
10.作为本发明优选的方案，所述温度传感器为光纤温度传感器。
11.作为本发明优选的方案，所述接电单芯的结构和备用单芯的结构相同，所述接电
单芯包括从内而外依次设置的第二骨架、超导层、第一绝缘层、超导屏蔽层、第二绝缘层和保护层。
12.作为本发明优选的方案，所述防护管为杜瓦管。
13.作为本发明优选的方案，所述防护管包括从内而外依次设置的内管、绝热层和外管。
14.作为本发明优选的方案，所述绝热层为真空绝热层。
15.作为本发明优选的方案，所述内管和外管均为波纹管。
16.本发明实施例一种高可靠性的超导电缆系统与现有技术相比，其有益效果在于：
17.本发明通过备用单芯的设置，使备用单芯始终保持接地零电位，无电压、电流破坏风险，而当接电单芯损坏时，能直接通过备用单芯替换损坏的接电单芯，实现“换芯”操作，无需拆除整条超导电缆，快速地使超导电缆恢复工作，减少检修时间，更换成本低，且当某相或某两相的临界电流发生了衰减时，会导致系统不能达到额定值运行或者降低了安全裕度，能通过引进备用单芯的方式，将退降的一相或者两相并联使用以提高其总体载流水平，使超导电缆系统继续保持初始设计运行条件，快速地使超导电缆恢复工作，减少检修时间；此外，由于第一支路的阻抗远小于第二支路的阻抗，使得大部分的电流流至第一支路，较好地保留了超导电缆的高载流密度、低压大容量传输等技术优势，而当超导电缆通过故障短路电流时，超导电缆快速失超，呈现为高阻态，这时，第二支路的阻抗将小于超导电缆支路，能将故障电流的大部分转移至第二支路，从而提高超导电缆系统的故障电流耐受水平，保证超导通电导体的安全。
附图说明
18.图1是本发明实施例提供的一种高可靠性的超导电缆系统的结构示意图；
19.图2是超导电缆的结构示意图；
20.图中，1、母线；2、超导电缆；21、防护管；211、内管；212、绝热层；213、外管；22、电缆芯；23、接电单芯；231、第二骨架；232、超导层；233、第一绝缘层；234、超导屏蔽层；235、第二绝缘层；236、保护层；24、备用单芯；25、第一骨架；3、高压出线单元；4、短接器；5、三相导线；6、终端容器。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
22.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.如图1和图2所示，本发明提供的一种高可靠性的超导电缆2系统的优选实施例，其包括两个三相结构的母线1，以及并联电连接在两个所述母线1之间的第一支路和第二支
路，所述第一支路包括超导电缆2、高压出线单元3和短接器4，所述超导电缆2包括防护管21和至少一个设置在所述防护管21内电缆芯22，所述电缆芯22包括接电单芯23和备用单芯24，所述接电单芯23优选为三个，备用单芯24优选为一个，所述接电单芯23和备用单芯24绞接，所述接电单芯23的两端分别通过所述高压出线单元3与两个所述母线1连接，所述备用单芯24的两端分别与所述短接器4电连接，所述短接器4接地，所述第二支路包括三相导线5，所述三相导线5的两端分别通过连接电线与两个所述母线1连接，还需要说明的是，接电单芯23的屏蔽层在终端容器6内，通过短接器4短接并接地，以形成三相导体的电屏蔽和磁屏蔽，备用单芯24的导体层和超导屏蔽层234均连接于末端短接器4，所述三相导线5与超导电缆2并行敷设，三相导线5能采用铜、铜合金或其他较好的导电性并有一定热容的金属、金属合金或其他材料制成，能采用三相统合的结构(如三芯电缆)，也可以采用三相分立的结构(如三根单芯电缆)，三相导线5的截面积选择由预期故障电流大小及其持续时间、导体电阻率、超导支路的超导通电导体室温电阻率等参数确定；所述高压出线单元指的是超导电缆终端的高压连接部分，能将超导电缆的高压接入电力系统高压，并且与终端外壳形成电位隔离，物理上，高压出线单元主要包括高压套管、电流引线及其连接附件。
24.本发明通过备用单芯24的设置，使备用单芯24始终保持接地零电位，无电压、电流破坏风险，而当接电单芯23损坏时，能直接通过备用单芯24替换损坏的接电单芯23，实现“换芯”操作，无需拆除整条超导电缆2，快速地使超导电缆2恢复工作，减少检修时间，更换成本低，且当某相或某两相的临界电流发生了衰减时，会导致系统不能达到额定值运行或者降低了安全裕度，能通过引进备用单芯24的方式，将退降的一相或者两相并联使用以提高其总体载流水平，使超导电缆2系统继续保持初始设计运行条件，快速地使超导电缆2恢复工作，减少检修时间；此外，由于第一支路的阻抗远小于第二支路的阻抗，使得大部分的电流流至第一支路，较好地保留了超导电缆2的高载流密度、低压大容量传输等技术优势，而当超导电缆2通过故障短路电流时，超导电缆2快速失超，呈现为高阻态，这时，第二支路的阻抗将小于超导电缆2支路，能将故障电流的大部分转移至第二支路，从而提高超导电缆2系统的故障电流耐受水平，保证超导通电导体的安全。
25.示例性的，所述第一支路还包括终端容器6，所述终端容器6与所述短接器4电连接，所述接电单芯23的连接端和备用单芯24的连接端分别从所述防护管21伸出至所述终端容器6内，这样的设计，使单芯能在终端容器6，内分开，再进行电连接，有效防止单芯与单芯之间接触导致短路，且能将连接处封闭在终端容器6内，起到防尘防雨的作用。
26.示例性的，所述电缆芯22还包括第一骨架25，所述接电单芯23和备用单芯24间隔布置并捆扎在所述第一骨架25上，在本实施例中，三个所述接电单芯23和一个所述备用单芯24节距绞合，所述第一骨架25内设有过线通道，所述过线通道内设有温度传感器，通过温度传感器来检测超导电缆2沿线的温度，使用户能随时得知超导电缆2的温度，并通过温度判断超导电缆2的状态。
27.示例性的，所述温度传感器为光纤温度传感器，利用光纤温度传感器具有耐腐蚀、测量范围大的特性，能实时监测超导电缆2沿线的温度分布及其变化情况，有利于系统运行部门及时掌握超导电缆2的状态，做出应对措施，从而提高了系统运行的可靠性和适应性。
28.示例性的，如图2所示，所述接电单芯23的结构和备用单芯24的结构相同，所述接电单芯23包括从内而外依次设置的第二骨架231、超导层232、第一绝缘层233、超导屏蔽层
234、第二绝缘层235和保护层236，所述第二骨架231优选为柔性骨架，第二骨架231为不锈钢、钛合金或其他具有较好低温性能材料制成的波纹管或螺旋骨架结构，去掉了铜稳定层或铜丝束骨架，结构更加紧凑，单位长度重量得到轻化，且故障电流过程中由铜吸收的能量不会积蓄在低温环境中，可大大减少失超后制冷系统将超导体温度恢复至运行温度的时间，有利于再合闸运行；还需要说明的是，所述超导层232由多条超导带在轴向按照一定的节距绕制组成，所述超导带优选为由bscco－2223或rebco材料制成，所述超导带的宽度为4mm－5mm；所述绝缘层233、235优选为由pplp或电工纸等低温下绝缘性能和机械性能均良好的材料制成；所述保护层236能护超导电缆免受机械损伤，同时对超导电缆进行箍扎固定。
29.示例性的，所述防护管21为杜瓦管，储存容量大，隔热效果好，安全性高。
30.示例性的，所述防护管21包括从内而外依次设置的内管211、绝热层212和外管213，所述绝热层212为真空绝热层，能较好地隔绝热量。
31.示例性的，所述内管211和外管213均为波纹管，优选为不锈钢波纹管，使管件具有质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温的优点。
32.在本发明的描述中，应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中采用术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。