CN105047303A - 低温绝缘高温超导电缆高压终端 - Google Patents

低温绝缘高温超导电缆高压终端 Download PDF

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Abstract

一种低温绝缘高温超导电缆高压终端，为卧式结构，其低温杜瓦(12)为圆柱形，水平放置；绝热支撑(15)垂直焊接在低温杜瓦(12)上；操作孔(11)位于低温杜瓦(12)的侧壁。屏蔽层电流引线出口(8)垂直安装在低温杜瓦(12)的上表面；真空插接口(13)位于低温杜瓦(12)的一端，水平布置。人行孔(21)位于低温杜瓦(12)的另一端。低温高压套管(1)通过其法兰及其配套金属均压环(3)竖直安装在绝热支撑(15)上；液氮输液管入口(5)安装在绝热支撑(15)上；保护泄压系统(14)和测量引线出口(7)安装在绝热支撑(15)上。

Description

低温绝缘高温超导电缆高压终端
技术领域
本发明涉及一种低温绝缘高温超导电缆高压终端。
背景技术
与常规高压电缆比较，高温超导电缆采用了具有零电阻、大电流传输特性的高温超导材料作为导体，以价格低廉的液态氮作为冷却介质，其传输容量是常规电缆的3～5倍，具有传输容量大、电磁污染小、损耗低等优点，是实现大容量、低损耗输电的一个重要途径。超导电缆通电导体工作在液氮环境温度中，其工作温度为67K～90K。根据绝缘层工作温度，超导电缆可分为低温绝缘超导电缆和室温绝缘高温超导电缆。高温超导电缆终端是超导电缆的重要组成部分，承担着超导电缆通电导体从低温向室温、从超导到常导、从高压向低压过渡的重要功能。
所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端适用于低温绝缘超导电缆端部的电流引出、高压隔离、液氮输入、液位测量以及从超导通电导体向常规通电导体的过渡。
《低温与超导》2003，vol31，No4等文献“高温超导电缆终端的研究与开发”涉及一种室温绝缘超导电缆终端，其结构采用承插式连接的终端恒温器与电缆本体一起处于高电位,故终端恒温器工作在高压状态，与导体之间不需要绝缘。本发明低温绝缘高温超导电缆高压终端的低温容器工作在零电位。
发明内容
本发明的目的是克服现有室温绝缘高温超导电缆终端的低温容器无法工作在零电位状态、绝热性能差、无屏蔽层电流引线出口等的缺点，根据低温绝缘高温超导电缆工作特点，提出一种低温绝缘高温超导电缆高压终端。本发明低温绝缘高温超导电缆高压终端的低温容器工作在零电位，适用于低温绝缘高温超导电缆，可实现低温绝缘超导电缆端部的电流引出、高压隔离、液氮输入、液位测量以及从超导通电导体向常规通电导体的过渡等功能。
本发明采用的技术方案如下述。
本发明低温绝缘高温超导电缆高压终端由低温高压套管、绝热支撑、低温杜瓦、液氮输液管入口、保护泄压系统、测量引线出口、屏蔽层电流引线出口、人行孔、操作孔、真空插接口等部分组成。
所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端为卧式结构。低温杜瓦为圆柱形，水平放置。绝热支撑垂直焊接在低温杜瓦上；操作孔位于低温杜瓦的侧壁上。屏蔽层电流引线出口垂直安装在低温杜瓦的上表面；真空插接口位于低温杜瓦的一端，水平布置，端部人行孔位于低温杜瓦的另一端。液氮输液管入口安装在绝热支撑上。保护泄压系统和测量引线出口安装在绝热支撑上。
所述的低温高压套管为电容式结构，其下端工作在低温环境中，其上端工作在室温空气环境中。所述的低温高压套管内部配套有电流引线，低温高压套管的主绝缘紧密包覆加工在电流引线外，主绝缘外配套有法兰，法兰套在主绝缘外表面并与主绝缘粘结固定为一体。所述的低温高压套管通过所述的法兰与所述的低温杜瓦连接在一起，所述法兰的材料为无磁不锈钢，法兰上部有配套金属均压环，金属均压环为圆形套装在法兰外面。法兰下端面设计有非金属绝热层，非金属绝热层位于法兰下表面，非金属绝热层上表面与法兰下表面粘合为整体，以防止法兰结冰。所述低温高压套管下端外壁嵌装有用于屏蔽电场的不锈钢金属圆筒。
所述的低温杜瓦为卧式双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。所属的低温杜瓦外壁设计有伸缩节，以避免热循环过程中产生的应力造成的损伤。
所述的低温杜瓦上端设计有绝热支撑，绝热支撑用于低温高压套管的安装，为双层结构。绝热支撑的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，绝热支撑内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温杜瓦真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
所述的液氮输液管入口与绝热支撑连接。液氮输液管入口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，液氮输液管入口一端内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
所述的屏蔽层电流引线出口与低温杜瓦连接，用于超导电缆金属屏蔽层感应电流引出。屏蔽层电流引线出口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，屏蔽层电流引线出口一端内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
所述的测量引线出口与绝热支撑连接。测量引线出口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，测量引线出口一端内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
所述的保护泄压系统通过绝热管道与绝热支撑连接，绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。绝热管道一端内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
所述的人行孔位于低温杜瓦两端，每个人行孔的人行孔内壁法兰和人行孔外壁法兰分别与低温杜瓦内壁、外壁对应焊接密封，所述的人行孔与低温杜瓦内壁的法兰密封为低温真空密封，以保证在低温条件下无液氮泄漏至低温杜瓦内壁与外壁之间的真空层。
所述的操作孔位于低温杜瓦侧壁，操作孔包括操作孔内壁法兰和操作孔外壁法兰，操作孔内壁法兰和操作孔外壁法兰分别与低温杜瓦内壁、外壁对应焊接密封，所述的操作孔与低温杜瓦内壁的法兰密封为低温真空密封，以保证在低温条件下无液氮泄漏至低温杜瓦内壁与外壁之间的真空层。
所述的真空插接口位于低温杜瓦的一端，水平布置，真空插接口为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。真空插接口内壁、外壁分别与低温杜瓦内壁和外壁对应焊接连接为整体，其真空层与绝热支撑真空层为整体互通结构。
附图说明
图1是高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置示意图。图中：1低温高压套管、2主绝缘、3法兰及其配套金属均压环、4非金属绝热层、5液氮输液管入口、6不锈钢金属圆筒、7、测量引线出口、8屏蔽层电流引线出口、9屏蔽层电流引线出口波纹型伸缩节、10真空抽嘴、11操作孔、12低温杜瓦、13真空插接口、14保护泄压系统、15绝热支撑、16真空层、17波纹型伸缩节、18电流引线、19人行孔外壁法兰、20人行孔外壁法兰、21人行孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明装置包括低温高压套管1、绝热支撑15、低温杜瓦12、液氮输液管入口5、保护泄压系统14、测量引线出口7、人行孔21、操作孔11、屏蔽层电流引线出口8、真空插接口13。
所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端为卧式结构，低温杜瓦12为圆柱形水平放置，绝热支撑15垂直焊接在低温杜瓦12上；操作孔11位于低温杜瓦12的侧壁上；屏蔽层电流引线出口8垂直安装在低温杜瓦12上表面；真空插接口13位于低温杜瓦12一端，水平布置；人行孔21位于低温杜瓦12另一端；低温高压套管1通过法兰及其配套金属均压环3竖直安装在绝热支撑15上；液氮输液管入口5安装在绝热支撑15上；保护泄压系统5、测量引线出口12安装在绝热支撑15上。
所述的低温高压套管1由电流引线17、主绝缘2、法兰及其配套金属均压环3和非金属绝热层4组成，电流引线17为金属圆柱或圆管型导体，主绝缘2紧密包覆在电流引线17上；法兰及其配套金属均压环3套装在在主绝缘2外表面并与主绝缘2粘结固定为一体；所述的低温高压套管1通过所述的法兰及其配套金属均压环3与所述的低温杜瓦12连接在一起；所述法兰及其配套金属均压环3材料为无磁不锈钢。非金属绝热层4位于法兰及其配套金属均压环3下表面，非金属绝热层4的上表面与法兰及其配套金属均压环3的下表面粘合为整体。所述的低温高压套管1的下端工作在低温环境中，上端工作在室温空气环境中。
所述的低温杜瓦12为圆柱形水平放置，所述的低温杜瓦12为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。低温杜瓦12一端配套有人行孔21，人行孔21的人行孔内壁法兰19和人行孔外壁法兰20分别与低温杜瓦12内壁及外壁对应焊接密封。低温杜瓦12的外壁上配套有波纹型伸缩节17。
所述的操作孔11位于低温杜瓦侧壁，操作孔包括操作孔内壁法兰和操作孔外壁法兰，操作孔内壁法兰和操作孔外壁法兰分别与低温杜瓦内壁、外壁对应焊接密封，所述的操作孔与低温杜瓦内壁的法兰密封为低温真空密封，以保证在低温条件下无液氮泄漏至低温杜瓦内壁与外壁之间的真空层。
所述的绝热支撑15为双层结构。绝热支撑15的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；绝热支撑15的内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热支撑15的内壁和外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温杜瓦12的真空层与绝热支撑的真空层为整体互通结构。
所述的液氮输液管入口5为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；液氮输液管入口5的内壁外表面绕包有多层绝热材料；液氮输液管入口5一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，液氮输液管入口5的真空层与绝热支撑15的真空层为整体互通结构。
所述的屏蔽层电流引线出口8为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；屏蔽层电流引线出口8一端的内壁和外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，屏蔽层电流引线出口8的真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
所述的测量引线出口7为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；测量引线出口7一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，测量引线出口7的真空层与绝热支撑15的真空层为整体互通结构。
所述的保护泄压系统14通过绝热管道与绝热支撑15连接；绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热管道一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道真空层与绝热支撑15的真空层为整体互通结构。
所述的真空插接口13为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；真空插接口13的内壁和外壁分别与低温杜瓦12的内壁和外壁对应焊接连接为整体，真空插接口13的真空层与绝热支撑15的真空层为整体互通结构。
具体使用时，超导电缆两端各安装一台低温绝缘高温超导电缆高压终端。超导电缆一个端头通过真空插接口13插入低温杜瓦12内部，超导电缆通电导体通过常规软电缆实现与电流引线18连接；超导电缆低温杜瓦插接口与真空插接口13连接；超导电缆金属屏蔽层过渡软电缆通过屏蔽层电流引线出口8引出。内部连接或检修时，可通过人行孔21及操作孔11完成。完成超导电缆与本发明低温绝缘高温超导电缆高压终端的连接后，通过真空抽嘴10完成低温绝缘高温超导电缆高压终端真空制备。同理，可完成超导电缆另一端与低温绝缘高温超导电缆高压终端的连接安装。两台低温绝缘高温超导电缆高压终端和与之连接安装在一起的高温超导电缆构成超导电缆系统。
本发明装置具有耐压等级高、通流能力强、绝热性能好等优点，适用于低温绝缘高温超导电缆电流引线的引出、液氮的输入和输出，从而实现超导电缆与常规电缆的连接。

Claims (10)

1.一种低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端包括低温高压套管(1)、绝热支撑(15)、低温杜瓦(12)、液氮输液管入口(5)、保护泄压系统(14)、测量引线出口(7)、人行孔(21)、操作孔(11)、屏蔽层电流引线出口(8)和真空插接口(13)；所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端为卧式结构；所述的低温杜瓦(12)为圆柱形，水平放置；绝热支撑(15)垂直焊接在低温杜瓦(12)上；操作孔(11)位于低温杜瓦(12)的侧壁；屏蔽层电流引线出口(8)垂直安装在低温杜瓦(12)的上表面；真空插接口(13)位于低温杜瓦(12)的一端，水平布置；人行孔(21)位于低温杜瓦(12)的另一端；低温高压套管(1)通过其法兰及其配套金属均压环(3)竖直安装在绝热支撑(15)上；液氮输液管入口(5)安装在绝热支撑(15)上；保护泄压系统(14)和测量引线出口(7)安装在绝热支撑(15)上。
2.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的低温高压套管(1)为电容式结构，由电流引线(17)、主绝缘(2)、法兰及其配套金属均压环(3)和非金属绝热层(4)组成；电流引线(17)为金属圆柱或圆管型导体，主绝缘(2)紧密包覆在电流引线(17)上；法兰及其配套金属均压环(3)套装在在主绝缘(2)的外表面，并与主绝缘(2)粘结固定为一体；所述法兰及其配套金属均压环(3)的制作材料为无磁不锈钢；非金属绝热层(4)位于法兰及其配套金属均压环(3)的下表面，非金属绝热层(4)的上表面与法兰及其配套金属均压环(3)的下表面粘合为整体；所述的低温高压套管(1)的下端工作在低温环境中，上端工作在室温空气环境中。
3.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的低温杜瓦(12)为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料，外壁上套有波纹型伸缩节(17)。
4.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的操作孔(11)的操作孔内壁法兰和操作孔外壁法兰分别与低温杜瓦内壁、外壁对应焊接密封；所述的人行孔(21)通过人行孔内壁法兰(19)和人行孔外壁法兰(20)与低温杜瓦(12)的内壁及外壁对应焊接密封。
5.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的绝热支撑(15)为双层结构，绝热支撑(15)的内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；绝热支撑(15)的内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热支撑(15)的内壁和外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温杜瓦(12)的真空层与绝热支撑的真空层为整体互通结构。
6.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的液氮输液管入口(5)为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；液氮输液管入口(5)的内壁外表面绕包有多层绝热材料；液氮输液管入口(5)一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，液氮输液管入口(5)的真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
7.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的屏蔽层电流引线出口(8)为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；屏蔽层电流引线出口(8)一端的内壁和外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，屏蔽层电流引线出口(8)的真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
8.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的测量引线出口(7)为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；测量引线出口(7)一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，测量引线出口(7)的真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
9.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的保护泄压系统(14)通过绝热管道与绝热支撑(15)连接；绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热管道一端的内壁、外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
10.根据权利要求1所述的低温绝缘高温超导电缆高压终端，其特征在于，所述的真空插接口(13)为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；真空插接口(13)的内壁和外壁分别与低温杜瓦(12)的内壁和外壁对应焊接连接为整体，真空插接口(13)的真空层与绝热支撑(15)的真空层为整体互通结构。
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