CN102377152B - 用于导电连接两个电气单元的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助双极性的高压-直流电流传输装置导电连接两个电气单元的装置，其中，在所述两个电气单元之间设有至少两条设计成超导电缆的直流电缆。超导电缆相互分离地各自设置在适合于导引冷却剂的低温恒温器(1、2)中，所述低温恒温器分别具有至少一个配有绝热层的金属管。所述两个低温恒温器(1、2)至少在其端部之一处与提供所述冷却剂的冷却装置连接，并且平行于所述两个低温恒温器(1、2)地铺设有管道(3)。所述管道(3)在其两端部处通过在无故障运行时关闭的阀(15、16、17)与两个低温恒温器(1、2)连接，并且在所述超导电缆之一上发生故障时，所述管道(3)借助故障之后开启的阀用于导引为所述发生故障的电缆的低温恒温器指定的冷却剂。

Description

用于导电连接两个电气单元的装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助双极性的高压-直流电流传输装置导电连接两个电气单元的装置，其中，在这两个单元之间设有至少两条直流电缆。
背景技术
“电气单元”在本发明的范围内例如可以是一个供电网、发电站、变电站、变流站以及这种单元内部的部分。以下不使用词“电气单元”而使用词“网络”来代替所有的应用可能性。
这种导电连接装置在现有技术中例如使用在所谓的联合电网中，以便实现具有较高传输功率的，例如在发电站与网络连接时所需的两点连接。通过这种导电连接装置也可以借助双极性的高压-直流电流传输装置使各种网络相互连接。这原则上适用于地面上存在的、作为交流电网也可能具有不同频率的所有网络。这些网络也可以在较长一段距离上相互连接。现有技术中采用的直流电缆是有损耗的。在此，直流电缆的损耗量一方面随着各网络之间的距离增加呈线性增加，另一方面随着传输功率的增加呈二次方地增加。因此，必须通过相应的耗费保证存在一个对所有情况都足够的导电横截面。在一般的技术中通过平行铺设相应数量的直流电缆就可以实现这种导电横截面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，将前述装置设计成，使得可以更简便地实现直流电流传输的可靠性。
该技术问题按本发明由此解决，
-直流电缆设计成超导电缆，这些超导电缆相互分离地各自设置在适合于导引冷却剂的低温恒温器中，所述低温恒温器分别具有至少一个配有绝热层的金属管，
-两个低温恒温器至少在其端部之一处与提供冷却剂的冷却装置连接，
-平行于两个低温恒温器地铺设有管道，
-该管道在其两端部处通过在无故障运行时关闭的阀与两个低温恒温器连接并且
-在超导电缆之一发生故障时，所述管道借助故障之后开启的阀用于导引为发生故障的电缆的低温恒温器指定的冷却剂。
在现有技术中，超导电缆具有由含有陶瓷材料的复合材料制成的导电体，该陶瓷材料在足够低的温度时转变成超导状态。只要未超过一定的电流强度，相应构造的导体的直流电阻在充分冷却时为零。合适的陶瓷材料例如是作为第一代超导材料的BSCCO(铋-锶-钙-铜-氧化物)或作为第二代超导材料的ReBCO(稀土元素-钡-铜-氧化物)，尤其是YBCO(钇-钡-铜-氧化物)。足以使这种材料处于超导状态的低温例如在67K至90K之间。合适的冷却剂例如是氮、氦、氖和氢或它们的混合物。
因为超导直流电缆在无故障运行时无损耗地传输电流，所以与传输路径的长度无关地采用两根直流电缆就足矣。此外，通过调节超导直流电缆中所含的超导材料的含量，该超导直流电缆较容易与待传输功率的期望额度相适配。通过平行铺设的管道，额外地为直流电流至少在足够长的时间内的传输提供更高的可靠性，因为在直流电缆之一发生故障时，通过管道保持一条例如从冷却装置到远端再回到冷却装置的冷却剂回路，因此能够不受限地继续运行正常工作的直流电缆。
电流电路在此可以经由地面闭合，或附加地铺设平行于两条超导直流电缆的普通导电电缆，该普通的导电电缆在必要时建立一条平行于地面的电流电路。
在管道中还可以设有一超导直流电缆，它可以在相应冷却之后替换发生故障的直流电缆。
附图说明
在附图中表示按本发明的实施例。附图中：
图1示意性地表示借助按本发明的导电连接装置连接的两个网络；
图2示意性地表示两个包含与冷却装置连接的超导直流电缆的低温恒温器；
图3是其中具有超导直流电缆的一个低温恒温器的横截面；
图4和5是按本发明的两种不同实施形式的导电连接装置的基本结构；
图6a、6b和6c示出按图4的导电连接装置的三种不同状态。
具体实施方式
用N1和N2表示两个相互导电连接的电气单元(以下简称为“网络”)。为此，在所示的实施例中，在两个网络N1和N2之间设有其结构例如由图3得知的、分别具有被包绕在内的超导直流电缆SK(以下简称“电缆SK”)的两个低温恒温器1和2，一根管道3和一条普通的导电电缆4。电缆SK与网络N1和N2导电的连接属于现有技术。因此在此不再详细解释。
在该导电连接装置工作时，电缆SK处于超导状态。该超导状态通过分别被导引流过低温恒温器1或2的冷却剂的环绕冲洗实现。为此，按图2的低温恒温器1和2例如在其近端处通过阀5和6连接到冷却装置7上。为实现具有回流至冷却装置的回行线路的冷却剂回路，两个低温恒温器1和2在其远端处通过前后布置的阀8和9相互连接。在该导电连接装置无故障运行时，阀5和6以及8和9开启。然后，冷却剂例如可以与图2所示的箭头相应沿所示的一个方向流过低温恒温器1，并且沿相反的方向流过低温恒温器2。
两个低温恒温器1和2分别按图3所示由两个同心并且相互间隔布置的金属管10和11构成，在这两个金属管10和11之间设置一个真空绝热层12。金属管10和11可以横向于其纵向地波浪形弯曲。在低温恒温器1或2中分别具有一个超导电缆SK，该超导电缆SK具有由电介质14包围的超导的导体13。该电缆SK也可以配有电屏。在各低温恒温器1或2中留出的自由腔FR用于通导冷却剂。
如果该导电连接装置的工作无故障，基本上两个其中具有用于导电连接网络N1和N2的电缆SK的低温恒温器1和2就足矣。出于安全的原因，在该导电连接装置中，在两个网络N1和N2之间与低温恒温器1和2平行地设有管道3，该管道3在电缆SK之一故障时连接到仍能工作的电缆SK的低温恒温器上以便保持该冷却剂回路。为此有利的是，管道3是热绝缘的。该管道3基本上与两个低温恒温器1和2的构造相同。
在该导电连接装置按图4的实施形式中，导管3在近端处通过可以设置在相应的管连接装置中的阀15和16不仅与阀5连接，而且与阀6连接。管道3在远端处通过一位于管连接装置中的阀17与低温恒温器1和2的阀8和9连接。阀15、16和17在导电连接装置无故障运行时关闭。这种导电连接装置以一条冷却剂回路工作，该冷却剂回路从冷却装置7出发，经过低温恒温器1沿一个方向导引，并且经过低温恒温器2沿另一个方向引回至冷却装置7。
在按图5的导电连接装置的实施形式中，在低温恒温器1和2的两端部处分别安装有一个冷却装置。在此，冷却装置7将冷却剂输送给例如低温恒温器1，冷却剂从该低温恒温器1发送到低温恒温器1的另一端部处的第二冷却装置以便再冷却。即便在该导电连接装置的这个实施形式中，冷却剂在需要时也可以改道流向管道3。为此，管道3在第二冷却装置18的端部处通过阀19与低温恒温器1的阀8连接，通过阀20与低温恒温器2的阀9连接。阀19和20位于相应的管道连接装置中。这两个阀19和20在无故障运行时关闭。
通过图6a、6b和6c举例阐述根据本发明的按图4的导电连接装置的工作方式：
在图6a中示出按图4的、无故障运行时的导电连接装置。
此处开启的阀5和6以及8和9用圆点表示，而关闭的阀15、16和17用圆圈表示。冷却剂回路用标出的箭头描述。
例如当低温恒温器2中的电缆SK出现故障时，如图6b中所示，该低温恒温器2的阀6和9关闭，同时管道3的阀16和17开启，然后冷却剂回路按照标出的箭头经由管道3而闭合。
图6c示出低温恒温器1的电缆SK发生故障的另一种情况，此处阀5和8然后关闭并且管道3的阀15和17开启。冷却剂回路按照标出的箭头方向实现。通过一些额外的耗费在此也可以使冷却剂回路的方向转向，以便低温恒温器2直接连接到冷却装置7上。
所述导电连接装置由于管道3的使用并由此保持的冷却剂回路在没有明显限制的情况下以减少大约50％的效率继续工作。在此只需电流路径经由地面闭合就足矣。但也可以在通过管道3接通的同时，将所述电缆4用作平行于地面的电流路径。
还可能的是，在管道3中设置另一根超导电缆SK，该超导电缆SK在管道3接通之后被冷却剂环绕冲洗并由此在相应一段时间后冷却至超导状态。随后，这样配备的管道3可以等同地代替具有故障电缆SK的低温恒温器。

Claims (3)

1.一种用于借助双极性的高压-直流电流传输装置导电连接两个电气单元的装置，其中，在所述两个电气单元之间设有至少两条直流电缆，其特征在于，
-所述直流电缆设计成超导电缆(SK)，它们相互分离地各自设置在适合于导引冷却剂的低温恒温器(1、2)中，所述低温恒温器分别具有至少一个配有绝热层的金属管，
-两个所述的低温恒温器(1、2)至少在其端部之一处与提供所述冷却剂的冷却装置连接，从而实现具有回流至冷却装置的回行线路的冷却回路，
-平行于所述两个低温恒温器(1、2)地铺设有管道(3)，
-所述管道(3)在其两端部处通过在无故障运行时关闭的阀与两个低温恒温器(1、2)连接并且
-在所述超导电缆(SK)之一发生故障时，所述管道(3)借助故障之后开启的阀用于导引为所述发生故障的电缆的低温恒温器指定的冷却剂。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道(3)是热绝缘的。
3.一种用于运行如权利要求1或2所述的装置的方法，其特征在于，
-所述冷却剂在所述低温恒温器之一中从提供所述冷却剂的冷却装置(7)输送至所述两个低温恒温器(1、2)相互连接的远端，并在另一个低温恒温器中从该远端输送回所述冷却装置(7)，并且
-两个所述的低温恒温器(1、2)在其近端处分别通过阀(5、6)与所述冷却装置(7)相互连接，而在其远端处通过两个前后布置的阀(8、9)相互连接，其中，在无故障运行时所有的阀都开启，并且
-平行于所述低温恒温器(1、2)地铺设一管道(3)，该管道(3)通过在无故障运行时关闭的阀与所述低温恒温器(1、2)的阀连接。
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