CN101004959A

CN101004959A - 高温超导电缆的限流输电方法及其构造、应用和连接方式

Info

Publication number: CN101004959A
Application number: CNA2006100225119A
Authority: CN
Inventors: 金建勋
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: Nanjing Thorpe Superconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: CN101004959B

Abstract

本发明公开了一种高温超导电缆的限流输电方法及其构造、应用和连接方式。本发明在高温超导电缆的超导体层使用由高电阻基体与高温超导体复合构成的基元导线，或由基元导线与附加保护体复合构成的高温超导电缆导体，该高电阻基体和附加保护体可形成电阻性旁路通道，分流高温超导体失超时的过量电流，自动形成有效电力输电系统故障电流限流功能。与现有技术相比，本发明具有在电力输电系统中实现利用高温超导电缆的自动故障电流限流保护；无传统电力传导系统的电阻能量损耗；提高传导电流密度；可实现降低电力输电系统电压等级的大容量传输；降低高压绝缘材料和整个电力输电系统的技术难度和成本等有益效果。

Description

高温超导电缆的限流输电方法及其构造、应用和连接方式

技术领域

本发明涉及一种电力输电系统短路保护技术，特别涉及一种高温超导电缆的限流输电方法，以及利用这种方法设计的一种具有自动故障电流限流功能的高温超导电缆，还进一步涉及该高温超导电缆的应用及连接方式。

背景技术

随着高温超导材料的出现及其应用技术的发展，制作高温超导电缆已具备了必要的基础。利用这种超导材料制作的高温超导电缆，与传统电阻式金属导线电缆相比，其节能效果明显；其运行的成本与传统低温超导电缆的运行成本相比，极大地降低了。因而这种高温超导电缆具有很好的实用前景。高温超导体具有本征限流功能，即利用超导态的零电阻和失超后进入正常态出现的电阻，自动形成对电路中的过流进行限制的功能。超导体本身就可以是一个限流器，但在实际应用时，却不能简单达到电力输电系统限流应用的要求。

公告号为CN1264171C，名为“超导电缆线路”的发明专利，其中公开了一种超导电缆，由Re基超导层以膜的形式设置在金属衬底上形成的多条超导线的组合件，该电缆通过电流超过临界电流时产生电阻来限制电流，抑制超导电缆的损坏。该专利技术利用高温超导失超特性，对高温超导材料制备的输电电缆本身形成过流保护效果，但未涉及针对整个电力输电系统保护的概念或方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种高温超导电缆的限流输电方法，这种方法能使高温超导电缆具有自动故障电流限流保护功能。本发明的另一个目的是提供一种利用上述方法设计的高温超导电缆，该电缆加强了过流保护功能，可对电力输电系统短路故障电流进行限流，实现在节能输电的同时，对电力输电系统形成保护效果。本发明还提供了该高温超导电缆的应用及连接方式。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

在高温超导电缆的超导体层使用由高电阻基体与高温超导体复合构成的基元导线，该高电阻基体可形成电阻性旁路通道，分流高温超导体失超时的过量电流，自动形成有效电力输电系统故障电流限流功能。该高电阻基体的材质为电阻和导热率高的材料，可以是AgAu，或AgSb，或AgMg等。当出现短路故障电流时，基元导线中电流增大而超过高温超导体的临界电流值，高温超导体失超产生电阻，电流被从正常的高温超导体通路转向到高电阻基体形成的电阻性旁路通道中。整个超导体层由零电阻超导态变为电阻态，电力传输系统自动形成故障电流限流功能。

在高温超导电缆的超导体层也可以使用由上述基元导线与附加保护体复合构成的高温超导电缆导体，该附加保护体可实现有利限流的高电阻的旁路通道。所述附加保护体的材质为电阻和导热率高的金属或合金，可以是AgAu，或AgSb，或AgMg等；或为成本低电阻高的传统电缆材料，可以是铜，或铜合金，或不锈钢，或铝，或镍等。

通过高温超导材料制备工艺，可以实现基元导线包套具有较高的电阻，并自然形成电阻性旁路通道，作为基元导线中的高电阻基体。几种可供实际选用的基元导线：(1)利用粉末装管技术制备的(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x(T_c～110K)或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x(T_c～85K)金属包套导线，也即Bi(Pb)SrCaCuO(Bi-2223/Ag或Bi-2212/Ag)铋系套导线。其基元导线结构为单芯或多芯带状导线(通常截面如～3mm×0.3mm)。多芯导线具有更好的实用特性，具有很高的临界工程电流密度J_e～10⁴A/cm²-77K。(2)钇系镀膜导线-Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体，即Y-123/基体(T_c～92K)镀膜导线。其主要基本制备工艺有两种：(IBAD技术)在基带(衬底)上的隔离层上镀膜的超导导线；(RABiTS技术)在辊轧辅助双轴织构衬底(Ni)上镀膜的超导导线。这类导线具有比(1)更高的临界电流密度。(3)二硼化镁金属包套超导导线-MgB₂(T_c～39K)。这种导线的运行需要较低的温度，如利用液氢冷却方案。

在制备基元导线时，选用电阻较高的金属或合金材料制备其套筒，可以实现基元导线包套具有较高的电阻，并自然形成电阻性旁路通道，进而形成具有高电阻基体的基元导线。如在77K温度下，用于基元导线包套的银合金的电阻率有如下关系Ag(pure)∶AgAu∶AgSb＝1∶9.8(10.6未退火)∶2(24未退火)，因而可通过基元导线制备工艺和材料的选择，辅助实现较大的电阻调控范围。包含高电阻基体的基元导线可以为具有金属包套结构的多芯或单芯高温超导基元导线，或基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线等；具有金属包套结构的多芯高温超导基元导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x多芯高温超导导线，或MgB₂多芯金属包套超导导线等；具有金属包套结构的单芯高温超导基元导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x单芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x单芯高温超导导线，或MgB₂单芯金属包套超导导线等；基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线可以是Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体等。其中，所述MgB₂多芯金属包套超导导线和MgB₂单芯金属包套超导导线工作于液氢冷却环境下。

利用上述限流输电方法设计的含有高电阻基体的具有自动故障电流限流功能的高温超导电缆，按高温超导导线电学和力学特性设计，可以是单芯平带结构，也可以是多芯平带结构，也可以是单芯圆柱结构，也可以是多芯圆柱结构等；其中单芯是指单导电芯，多芯是指多导电芯。平带结构的高温超导电缆的基本机构如下：从外到内依次包括保护壳、强化层、真空绝热层、制冷液层、超导体层。当高温超导电缆是多芯平带结构时，制冷液管道的内层设有多层超导体层，其中每两层超导体层之间设有绝缘层。多芯圆柱结构的高温超导电缆的构成如下：从外到内依次包括保护壳、强化层、真空绝热层、强化层、制冷液层、超导体层、强化稳定基体；其中强化层可以使用波纹管；超导体层是加有绝缘保护的；为了有利于超导体层中多个导电芯的固定、制冷和绝缘，在导电芯与强化层间加入了绝缘固定支架，绝缘固定支架由片状或块状绝缘材料制成，可以是低温特性好的电木、尼龙、聚酯、聚乙烯、玻璃钢等。单芯圆柱结构的高温超导电缆的构成如下：从外到内依次包括保护壳、强化层、真空绝热层、强化层、绝缘层、强化层、制冷液层、超导体层、强化层、制冷液层；其中强化层可以使用波纹管；真空绝热层中有若干绝热层支撑物；超导体层是加有绝缘保护的；为了有利于超导体层中导电芯的固定、制冷和绝缘，在超导体层与强化层间也可加入绝缘固定支架。

所述高温超导电缆的超导体层由基元导线或高温超导电缆导体构成；基元导线由高温超导体和高电阻基体复合构成，该高电阻基体可形成电阻性旁路通道，分流高温超导体失超时产生的过量电流，自动形成有效电力输电系统故障电流限流功能；所述高温超导电缆导体由基元导线和附加保护体复合构成，该附加保护体可实现有利限流的高电阻的旁路通道。所述高电阻基体的材质为电阻和导热率高的材料，可以是AgAu，或AgSb，或AgMg等。所述附加保护体的材质为电阻和导热率高的金属或合金，可以是AgAu，或AgSb，或AgMg等；或为成本低电阻高的传统电缆材料，可以是铜，或铜合金，或不锈钢，或铝，或镍等。

所述基元导线可以为具有金属包套结构的多芯或单芯高温超导基元导线，或基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线等；具有金属包套结构的多芯高温超导基元导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x多芯高温超导导线，或MgB₂多芯金属包套超导导线等；具有金属包套结构的单芯高温超导基元导线可以是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x单芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x单芯高温超导导线，或MgB₂单芯金属包套超导导线等；基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线可以是Y1Ba2Cu3O7-x/基体等。其中，所述MgB₂多芯金属包套超导导线和MgB₂单芯金属包套超导导线工作于液氢冷却环境下。

所述高温超导电缆是具有保护功能的高效限流输电电缆。将所述高温超导电缆直接应用于电力输电系统中，或与普通电缆串行或利用一对降压-升压变压器并行接入电力输电系统，能够通过降低输电电压等级和短路电流，简单实现自动故障电流限流保护功能，不仅使电力输电系统更加可靠和稳定，还会因节能和避免增加安装其他限流装置，产生巨大的经济效益。所述高温超导电缆，可以使用平带结构或圆柱结构的高温超导电缆。按所需长度和所需电阻设计后串入输电电缆。既可用于直流输电系统，也可用于交流输电系统。

对于交流输电系统的应用，所述基元导线或高温超导电缆导体可采用普通高温超导电缆缠绕式结构，以降低交流损耗和增加机械灵活性。在交流输电系统两端电压固定的情况下，并假定该高温超导电缆阻抗远大于感抗，如果按输电系统在短路时，高温超导电缆系统的电阻增大为原来的5倍，输电系统的短路电流可降至原来的～1/5。由于高温超导电缆失超的响应速度非常快，其对电力输电系统短路暂态电流的限流效果也很明显。为了达到所需限流效果，实际应用时的高温超导电缆最小长度L可按下式确定：L＝V·I_l·(ρ·J_c·I_m)^-1，其中V-系统电压，I_l-限流起点电流，ρ-高温超导电缆失超态电阻率，J_c-高温超导体层临界电流密度，I_m-系统允许的最大短路电流。

将所述高温超导电缆引入到直流输电系统中，例如500kV/1,200MW/1,080km/0.0155Ω/km系统，若采用传统电缆的输电电阻损耗为～8％i.e.96.4MW；而高温超导电缆没有电阻损耗，(即R_LineI²～0)，节能效果明显。在电缆的端电压相同的情况下，发生短路故障时，若高温超导电缆失超而使高温超导电缆系统的电阻增大为原来的5倍，系统的短路电流仅为原来的1/5。短路保护限流的动作点，可设计为额定工作电流的5倍，即达此电流值时高温超导电缆失超，并瞬时进入较高电阻态。高温超导电缆的传导电流密度可超过传统电缆的上百倍(＞100)。按实际计算，如果取高温超导体的工程电流密度为传统电缆的10倍，因而在相同的电压等级下，高温超导电缆可传输10倍传统电缆的传输功率。更有意义的是在传输相同功率的条件下，利用高温超导电缆可大大降低所需的电压等级。而电压等级的降低反过来，又更利于所提高温超导电缆的限流效果；同时还可大大减少电力输电系统高压绝缘材料的成本和整个电力输电系统的造价。高温超导电缆用于直流输电比用于交流输电有更为有效的效果为，在直流输电的情况下没有在用于交流输电时的交流损耗问题。

高温超导电缆可以以类似普通电缆的方式加入电力输电系统，可加于发电站、变电站、用户间，也可以是电网中的任意两点之间，形成两点间的有效保护；或配合特殊设计的变压器，例如高温超导变压器，降低输电系统电压等级，实现更佳的限流保护效果，并形成更高效的电力输电系统；或利用现有电缆作备用辅助电缆，采用与常规电缆并行方式接入电力输电系统；或通过高温超导电缆制备工艺，将普通高温超导电缆的超导体层更换为具有高电阻基体的基元导线或高温超导电缆导体，形成具有高电阻基体的高温超导导体层，进而将普通高温超导电缆制备成具有高电阻基体的所述高温超导电缆，并通过结构设计加强过流保护功能。还可进一步在将所述高温超导电缆接入电力输电系统时，将液氢能源输运与高温超导输电复合，所述液氢能源构成所述高温超导电缆的制冷液；在与液氢能源进行复合运输时，所述高温超导电缆超导体层中的超导体优选MgB₂超导体。

为了利用有限长的高温超导电缆实现长距离电力输送，需要有合理的高温超导电缆连接方案。首先可对所述高温超导电缆导体或基元导线进行常导连接，可以是接点导线外侧焊接、加接点保护罩焊接，或为了避免热量集中的优化增大接触面积的斜面接口焊接，或阶梯形接口焊接，或异点分散连接等；所述基元导线的连接方式还可以为超导连接，即将基元导线中的高温超导体部分重叠连接，然后压制烧结形成超导连接。然后在中继站中对所述高温超导电缆进行热接点连接，即将高温超导电缆的接点由在冷却腔外的导电金属连接，或冷接点连接，即将高温超导电缆的接点由在冷却腔内的导电金属连接，所述导电金属可以是铜、或铝等，所述冷却腔为液氮冷却腔。高温超导电缆的接点一般位于中继站内。中继站的基本功能有电缆连接，真空和冷却液补偿控制。中继站可每1km或2km或5km或10km一个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在电力输电系统中实现利用高温超导电缆的自动故障电流限流保护；无传统电力传导系统的电阻能量损耗；提高传导电流密度；可实现降低电力输电系统电压等级的大容量传输；降低高压绝缘材料和整个电力输电系统的技术难度和成本；可进行更多功能的复合，如在液氢能源传输的同时，实现低损耗电能传输。

附图说明

图1是基元导线的结构原理图。

图2是基元导线的工作原理图。

图3是具有金属包套结构的多芯高温超导基元导线的剖视图。

图4是基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线的剖视图。

图5是图3所示基元导线构成的高温超导电缆导体的立体结构图。

图6是图4所示基元导线构成的高温超导电缆导体的结构图。

图7是单芯圆柱结构的高温超导电缆的横截面剖视图。

图8是单芯平带结构的高温超导电缆的横截面剖视图。

图9是多芯平带结构的高温超导电缆的横截面剖视图。

图10是多芯圆柱结构的高温超导电缆的横截面剖视图。

图11是高温超导电缆的热接点连接的结构图。

图12是高温超导电缆的冷接点连接的结构图。

图13(a)是高温超导电缆导体或基元导线的接点导线外侧焊接、加接点保护罩焊接方式的结构图。

图13(b)是高温超导电缆导体或基元导线的斜面接口焊接方式的结构图。

图13(c)是高温超导电缆导体或基元导线的阶梯形接口焊接方式的结构图。

图13(d)是高温超导电缆导体或基元导线的异点分散连接方式的结构图。

图14是基元导线的超导连接方式的结构图。

图中标号如下：

1高温超导体 2高电阻基体

3基元导线 4附加保护体

5超导体层 6保护壳

7强化层 8真空绝热层

9绝缘层 10制冷液层

11绝热层支撑物 12强化稳定基体

13绝缘固定支架 14冷却腔

其中图2中：I_n-电路正常运行时，电流波形图；

I_S-发生短路时(无限流)，电流的变化波形；

R_n-发生短路时，超导元件电阻的变化；

I_SF-发生短路时，经限流的电流变化波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。

实施例1

如图1、图3、图7、图12、图13(d)所示。选取利用粉末装管技术制备的(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x(T_c～110K)多芯金属包套导线作为基元导线3。将基元导线3采用类似普通高温超导电缆缠绕式结构，作为高温超导电缆的超导体层5。制得单芯圆柱结构的高温超导电缆，其构成从外到内依次为保护壳6、强化层7、真空绝热层8、强化层7、绝缘层9、强化层7、制冷液层10、超导体层5、强化层7、制冷液层10；其中强化层7使用波纹管；真空绝热层8中有4个绝热层支撑物11；超导体层5是加有绝缘保护的。为了利用有限长的高温超导电缆实现长距离电力输送，需要进行高温超导电缆连接：首先对构成该高温超导电缆超导体层5的基元导线3进行异点分散连接，然后在中继站中对该高温超导电缆进行冷接点连接，即将高温超导电缆的接点由在液氮冷却腔14外的铜连接。该高温超导电缆的接点位于中继站内。采用所提的高温超导电缆连接技术，将该高温超导电缆直接应用于交流输电系统中，且在交流系统三相中的每一相占用一根高温超导电缆。

实施例2

如图1、图3、图5、图7、图12、图13(d)所示。与实施例1相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：

选取利用粉末装管技术制备的(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x(T_c～110K)单芯金属包套导线作为基元导线3。将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为铜镍合金；将该高温超导电缆导体采用类似普通高温超导电缆缠绕式结构，作为高温超导电缆的超导体层5。制得单芯圆柱结构的高温超导电缆，在超导体层5与强化层7间加入绝缘固定支架13，绝缘固定支架13的材质为片状电木。进行高温超导电缆连接时，首先对构成该高温超导电缆超导体层5的高温超导电缆导体进行异点分散连接。将该高温超导电缆直接应用于交流输电系统中，且在交流系统三相中的每一相占用一个超导体层5。

实施例3

如图1、图3、图5、图8、图11、图13(c)所示。选取利用粉末装管技术制备的(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x(T_c～85K)多芯金属包套导线作为基元导线3；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为不锈钢；将该高温超导电缆导体作为高温超导电缆的超导体层5。制得单芯平带结构的高温超导电缆，其结构从外到内依次是保护壳6、强化层7、真空绝热层8、制冷液层10、超导体层5。为了利用有限长的高温超导电缆实现长距离电力输送，需要进行高温超导电缆连接：首先对构成该高温超导电缆超导体层5的高温超导电缆导体进行阶梯形接口焊接，然后在中继站中对该高温超导电缆进行热接点连接，即将高温超导电缆的接点由在液氮冷却腔14内的铜连接。该高温超导电缆的接点位于中继站内。采用所提的高温超导电缆连接技术，将该高温超导电缆与普通电缆串行接入500kV/1,200MW/1,080km/0.0155Ω/km的直流输电系统中。

实施例4

如图1、图3、图5、图8、图11、图13(c)所示。与实施例3相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选取利用粉末装管技术制备的(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x(T_c～85K)单芯金属包套导线作为基元导线3；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为AgMg。

实施例5

如图1、图4、图6、图9、图11、图13(a)所示。选取利用IBAD技术，即在基带(衬底)上的隔离层上镀膜，制备的镀膜导线-Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体，即Y-123/基体(T_c～92K)镀膜超导导线作为基元导线3；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为铝；将该高温超导电缆导体作为高温超导电缆的超导体层5。制得多芯平带结构的高温超导电缆，其结构从外到内依次是保护壳6、强化层7、真空绝热层8、制冷液层10、超导体层5；制冷液管道即制冷液层10的内层设有多层超导体层5，其中每两层超导体层5之间设有绝缘层9。为了利用有限长的高温超导电缆实现长距离电力输送，需要进行高温超导电缆连接：首先对构成该高温超导电缆超导体层5的高温超导电缆导体进行接点导线外侧焊接、加接点保护罩焊接，然后在中继站中对该高温超导电缆进行热接点连接，即将高温超导电缆的接点由在液氮冷却腔14内的铝连接。该高温超导电缆的接点位于中继站内。采用所提的高温超导电缆连接技术，利用一对降压-升压变压器将该高温超导电缆与普通电缆并行接入500kV/1,200MW/1,080km/0.0155Ω/km的直流输电系统中。

实施例6

如图1、图4、图6、图9、图11、图13(a)所示。与实施例5相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选取利用RABiTS技术，即在辊轧辅助双轴织构衬底(Ni)上镀膜，制备的镀膜导线-Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体，即Y-123/基体(T_c～92K)镀膜超导导线作为基元导线3。

实施例7

如图1、图3、图5、图9、图11、图13(a)所示。与实施例5相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选取二硼化镁多芯金属包套超导导线-MgB₂(T_c～39K)作为基元导线3；将基元导线3与附加保护体4复合构成超导电缆导体，所述附加保护体4为镍。进行所述超导电缆连接时，冷却腔14内为液氢制冷液。将所述超导电缆接入电力输电系统时，将液氢能源输运与超导输电复合，该液氢能源构成所述超导电缆的制冷液。

实施例8

如图1、图3、图5、图9、图11、图13(a)所示。与实施例5相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选取二硼化镁单芯金属包套超导导线-MgB₂(T_c～39K)作为基元导线3；将基元导线3与附加保护体4复合构成超导电缆导体，所述附加保护体4为AgAu。进行所述超导电缆连接时，冷却腔14内为液氢制冷液。将所述超导电缆接入电力输电系统时，将液氢能源输运与超导输电复合，该液氢能源构成所述超导电缆的制冷液。

实施例9

如图1、图3、图5、图10、图12、图14所示。选用AgAu制备基元导线3的套筒，其中AgAu作为高电阻基体2；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为铜；将该高温超导电缆导体采用类似普通高温超导电缆缠绕式结构，作为高温超导电缆的超导体层5。制得多芯圆柱结构的高温超导电缆的构成从外到内依次为保护壳6、强化层7、真空绝热层8、强化层7、制冷液层10、超导体层5、强化稳定基体12；其中强化层7使用波纹管；超导体层5是加有绝缘保护的；在导电芯，即超导体层5与强化层7间加入了绝缘固定支架13，绝缘固定支架13的材质为块状尼龙。为了利用有限长的高温超导电缆实现长距离电力输送，需要进行高温超导电缆连接：首先对构成该高温超导电缆超导体层5的高温超导电缆导体进行超导连接，即将基元导线3中的高温超导体1部分重叠连接，然后压制烧结形成超导连接；然后在中继站中对该高温超导电缆进行冷接点连接，即将高温超导电缆的接点由在液氮冷却腔14内的铝连接。该高温超导电缆的接点位于中继站内。采用所提的高温超导电缆连接技术，将该高温超导电缆直接应用于交流输电系统中。

实施例10

如图1、图3、图5、图10、图12、图13(b)所示。与实施例9相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选用AgSb制备基元导线3的套筒，其中AgSb作为高电阻基体2；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为康铜。制得多芯圆柱结构的高温超导电缆，其中绝缘固定支架13的材质为片状聚酯。进行高温超导电缆连接时，首先对构成该高温超导电缆超导体层5的高温超导电缆导体进行斜面接口焊接。

实施例11

如图1、图3、图5、图10、图12、图14所示。与实施例9相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：选用AgMg制备基元导线3的套筒，其中AgMg作为高电阻基体2；将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为青铜。制得多芯圆柱结构的高温超导电缆，其中绝缘固定支架13的材质为片状聚乙烯。

实施例12

如图1、图3、图5、图10、图12、图14所示。与实施例9相同的地方不再重复叙述，不同之处在于：将基元导线3与附加保护体4复合构成高温超导电缆导体，所述附加保护体4为AgSb。制得多芯圆柱结构的高温超导电缆，其中绝缘固定支架13的材质为块状玻璃钢。

Claims

1.一种高温超导电缆的限流输电方法，其特征在于：在高温超导电缆的超导体层(5)使用由高电阻基体(2)与高温超导体(1)复合构成的基元导线(3)，该高电阻基体(2)可形成电阻性旁路通道，分流高温超导体(1)失超时的过量电流。

2.根据权利要求1所述的限流输电方法，其特征在于：在高温超导电缆的超导体层(5)使用由基元导线(3)与附加保护体(4)复合构成的高温超导电缆导体，该附加保护体(4)可实现高电阻的旁路通道。

3.根据权利要求1所述的限流输电方法，其特征在于：高电阻基体(2)的材质为电阻和导热率高的材料，是AgAu，或AgSb，或AgMg。

4.根据权利要求2所述的限流输电方法，其特征在于：附加保护体(4)的材质为电阻和导热率高的金属或合金，是AgAu，或AgSb，或AgMg；或为成本低电阻高的传统电缆材料，是铜，或铜合金，或不锈钢，或铝，或镍。

5.根据权利要求1至4任一所述的限流输电方法，其特征在于：基元导线(3)为具有金属包套结构的多芯或单芯高温超导基元导线，或基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线。

6.根据权利要求5所述的限流输电方法，其特征在于：所述具有金属包套结构的多芯高温超导基元导线是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x多芯高温超导导线，或MgB₂多芯金属包套超导导线；所述具有金属包套结构的单芯高温超导基元导线是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x单芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x单芯高温超导导线，或MgB₂单芯金属包套超导导线；所述基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线是Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体；其中，所述MgB₂多芯金属包套超导导线和MgB₂单芯金属包套超导导线工作于液氢冷却环境下。

7.一种高温超导电缆，其特征在于：高温超导电缆的超导体层(5)由基元导线(3)或高温超导电缆导体构成；基元导线(3)由高温超导体(1)和高电阻基体(2)复合构成，该高电阻基体(2)可形成电阻性旁路通道，分流高温超导体(1)失超时的过量电流；所述高温超导电缆导体由基元导线(3)和附加保护体(4)复合构成，该附加保护体(4)可实现高电阻的旁路通道。

8.根据权利要求7所述的高温超导电缆，其特征在于：高电阻基体(2)的材质为电阻和导热率高的材料，是AgAu，或AgSb，或AgMg；附加保护体(4)的材质为电阻和导热率高的金属或合金，是AgAu，或AgSb，或AgMg；或为成本低电阻高的传统电缆材料，是铜，或铜合金，或不锈钢，或铝，或镍；基元导线(3)为具有金属包套结构的多芯或单芯高温超导基元导线，或基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线；所述具有金属包套结构的多芯高温超导基元导线是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x多芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x多芯高温超导导线，或MgB₂多芯金属包套超导导线；所述具有金属包套结构的单芯高温超导基元导线是(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x单芯高温超导导线，或(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8-x单芯高温超导导线，或MgB₂单芯金属包套超导导线；所述基于镀膜高温超导导线工艺制备的高温超导基元导线是Y₁Ba₂Cu₃O_7-x/基体；其中，所述MgB₂多芯金属包套超导导线和MgB₂单芯金属包套超导导线工作于液氢冷却环境下。

9.根据权利要求7或8所述的高温超导电缆，其特征在于：所述高温超导电缆为单芯平带结构，或多芯平带结构，或单芯圆柱结构，或多芯圆柱结构。

10.如权利要求7所述的高温超导电缆应用于：将所述高温超导电缆直接应用于电力输电系统中；或与普通电缆串行或利用一对降压-升压变压器并行接入电力系统；所述电力系统为直流输电系统，或交流输电系统。

11.根据权利要求10所述的高温超导电缆的应用，其特征在于：将所述高温超导电缆接入电力系统时，将液氢能源输运与所述超导输电复合，所述液氢能源构成所述高温超导电缆的制冷液。

12.一种如权利要求7所述高温超导电缆的连接方式，其特征在于：所述高温超导电缆的连接方式为在中继站中的热接点连接，或冷接点连接；其中所述高温超导电缆导体或基元导线(3)的连接方式为常导连接，所述基元导线(3)的连接方式还可以为超导连接。

13.根据权利要求12所述的高温超导电缆的连接方式，其特征在于：所述热接点连接是高温超导电缆的接点由在冷却腔(14)外的导电金属连接，所述冷接点连接是高温超导电缆的接点由在冷却腔(14)内的导电金属连接，所述冷却腔(14)为液氮冷却腔，所述导电金属为铜或铝；高温超导电缆的接点位于中继站内。

14.根据权利要求12或13所述的高温超导电缆的连接方式，其特征在于：所述常导连接是接点导线外侧焊接、加接点保护罩焊接，或斜面接口焊接，或阶梯形接口焊接，或异点分散连接；所述超导连接是将基元导线(3)中的高温超导体(1)部分重叠连接，然后压制烧结形成超导连接。