CN109559850A - 一种直流双极超导电缆通电导体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直流双极超导电缆通电导体，包括：用于形成第一制冷工质通道的柔性骨架（1）；绕制在柔性骨架（1）上的第一低温电绝缘层（2）；绕制在第一低温电绝缘层（2）上的正极超导体（3）；依次绕制在正极超导体（3）上的第二低温电绝缘层（4）和第三低温电绝缘层（6）；设置在第二低温电绝缘层（4）和第三低温电绝缘层（6）之间的微流通道结构（5）；绕制在第三低温电绝缘层（6）上的负极超导体（7）；绕制在负极超导体（7）上的第四低温电绝缘层（8）；在第四低温电绝缘层（8）与低温杜瓦管（10）之间形成第二制冷工质通道（9）。本发明改善了直流双极超导电缆通电导体的低温环境和热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力输配电技术领域，尤其涉及一种直流双极超导电缆通电导体。
背景技术
高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点，为电网提供了一种高效、紧凑、可靠、绿色的电能传输方式。综合考虑电力能源需求持续增长、风能和太阳能等新能源占比快速上升、不同区域间的电力共享需求越发强烈、节能减排和环境保护诉求逐年增强、局部地区地下输配电走廊已趋饱和等诸多因素，能同时实现高效低损耗和大容量电力输送的超导直流输电技术将为未来输配电所面临的挑战提供一揽子解决方案。
电缆本体作为其核心部分，包括骨架、通电导体层、电绝缘层、液氮通道等主要部件。中科院电工所360 m/10 kA电解铝项目，作为世界首条面向工业应用的高温超导直流电缆，采用的是单极输电及双液氮通道制冷技术；韩国500 m/±80 kV输电项目于2014年并网运行，采用的是单极输电及单液氮通道制冷技术；日本500 m/±10 kV输电项目采用的是双极同轴输电及单液氮通道制冷技术。可见，电缆结构相互之间的区别主要体现在两个方面，即单根电缆中导体层极性为单极或双极、液氮通道为单通道或双通道。
直流双极超导电缆的正负极可共用低温杜瓦管，因此更具经济性，此外还具有结构紧凑、传输功率密度大等优势。但是由于超导低温绝缘材料一般都是热不良导体，在高电压等级的直流电缆中，极对抵以及两极之间的绝缘层很厚，径向的传热效果受到很大的影响。特别是暂态情况下，降低了通电导体的热稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种改善通电导体热稳定性的直流双极超导电缆通电导体。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种直流双极超导电缆通电导体，包括：
用于形成第一制冷工质通道的柔性骨架；
绕制在所述柔性骨架上的第一低温电绝缘层；
绕制在所述第一低温电绝缘层上的正极超导体；
依次绕制在所述正极超导体上的第二低温电绝缘层和第三低温电绝缘层；
设置在所述第二低温电绝缘层和第三低温电绝缘层之间的微流通道结构；
绕制在所述第三低温电绝缘层上的负极超导体；
绕制在所述负极超导体上的第四低温电绝缘层；
在所述第四低温电绝缘层与低温杜瓦管之间形成第二制冷工质通道。
进一步地，所述微流通道结构采用具有孔网结构的不导电材料绕成。
进一步地，所述微流通道结构为纤维网，所述纤维网包括呈正交布置的经线和纬线。
进一步地，所述经线和纬线的直径或等效直径均在1mm-2mm之间。
进一步地，所述经线和纬线的直径或等效直径不同，两者之差为0.5mm。
进一步地，所述的柔性骨架和低温杜瓦管采用波纹管或螺旋制作，波纹形式是U型或者C型。
进一步地，所述第一低温电绝缘层、第二低温电绝缘层、第三低温电绝缘层和第四低温电绝缘层采用绝缘纸按照设定的角度和叠包率绕成，所述第一低温电绝缘层、第二低温电绝缘层、第三低温电绝缘层和第四低温电绝缘层两侧还绕有半导电纸。
进一步地，所述正极超导体和负极超导体由多层超导带或超导线按照设定的绕角和节距绕成。
本发明实施例的有益效果在于：通过在第二低温电绝缘层和第三低温电绝缘层之间引入微流通道结构，使正极超导体和负极超导体中间的部分由于有制冷工质的存在，温度相比没有微流通道结构的略有下降，相当于改善了超导体层的低温环境，有助于提高其载流能力。特别是在暂态过程中，超导体发热可以通过微流通道结构散热一部分，通电超导体的热稳定性得到很大的改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种直流双极超导电缆通电导体的截面结构示意图。
图2是本发明实施例中带有微流通道的低温电绝缘层的结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
请同时参照图1所示，本发明实施例提供一种直流双极超导电缆通电导体，包括：
用于形成第一制冷工质通道的柔性骨架1；
绕制在所述柔性骨架1上的第一低温电绝缘层2；
绕制在所述第一低温电绝缘层2上的正极超导体3；
依次绕制在所述正极超导体3上的第二低温电绝缘层4和第三低温电绝缘层6；
设置在所述第二低温电绝缘层4和第三低温电绝缘层6之间的微流通道结构5；
绕制在所述第三低温电绝缘层6上的负极超导体7；
绕制在所述负极超导体7上的第四低温电绝缘层8；
在所述第四低温电绝缘层8与低温杜瓦管10之间形成第二制冷工质通道9。
具体地，柔性骨架1和低温杜瓦管10均为波纹结构，材料可以是不锈钢或者铜，波纹形式可以是U型或者C型。第一制冷工质通道一般作为制冷工质流入的通道。
正极超导体3和负极超导体7均采用高温超导材料制作，包括但不限于铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体等为基础的超导带或超导线，用于传输电流。一般是由多层超导带或超导线按照设定的绕角和节距绕成。
第一低温电绝缘层2、第二低温电绝缘层4、第三低温电绝缘层6和第四低温电绝缘层8均为低温下具有良好绝缘性能的绝缘纸，用于隔离相间和相对低的电位，按照设定的角度和叠包率绕成。第一低温电绝缘层2、第二低温电绝缘层4、第三低温电绝缘层6和第四低温电绝缘层8的两侧视电压等级高低绕有半导电纸，半导电纸用于平滑超导体材料表面的不光滑而可能引起的电场畸变。
微流通道结构5夹于两层低温绝缘层——第二低温电绝缘层4和第三低温电绝缘层6之间。传统的双极超导直流电缆结构该绝缘层为连续的，中间无微流通道结构5等填充结构。再如图2所示，微流通道结构5采用纤维网等具有孔网结构、在低温下具有良好机械强度的不导电材料绕成。以纤维网为例，纤维网由经线51和纬线52组成，经线51和纬线52呈正交布置，经线51和纬线52的直径（或为非正圆截面，则为等效直径，下同）均在1mm-2mm之间，但经线51和纬线52直径不同，两者直径差δ≈0.5mm。这样既保证纤维网的整体结构连接强度，也保证微流通道的畅通性。纤维网作为机械支撑，在第二低温电绝缘层4和第三低温电绝缘层6之间形成了一薄层空间，该空间与外流空间连通，当外流空间充入低温制冷工质之后，薄层空间内也会填充低温制冷工质。这样，正极超导体3和负极超导体7中间的部分由于有制冷工质的存在，温度相比没有微流通道结构的略有下降，相当于改善了超导体层的低温环境，有助于提高其载流能力。特别是在暂态过程中，超导体发热可以通过微流通道结构5散热一部分，通电超导体的热稳定性得到很大的改善。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，包括：
用于形成第一制冷工质通道的柔性骨架（1）；
绕制在所述柔性骨架（1）上的第一低温电绝缘层（2）；
绕制在所述第一低温电绝缘层（2）上的正极超导体（3）；
依次绕制在所述正极超导体（3）上的第二低温电绝缘层（4）和第三低温电绝缘层（6）；
设置在所述第二低温电绝缘层（4）和第三低温电绝缘层（6）之间的微流通道结构（5）；
绕制在所述第三低温电绝缘层（6）上的负极超导体（7）；
绕制在所述负极超导体（7）上的第四低温电绝缘层（8）；
在所述第四低温电绝缘层（8）与低温杜瓦管（10）之间形成第二制冷工质通道（9）。
2.根据权利要求1所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述微流通道结构（5）采用具有孔网结构的不导电材料绕成。
3.根据权利要求2所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述微流通道结构（5）为纤维网，所述纤维网包括呈正交布置的经线（51）和纬线（52）。
4.根据权利要求3所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述经线（51）和纬线（52）的直径或等效直径均在1mm-2mm之间。
5.根据权利要求4所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述经线（51）和纬线（52）的直径或等效直径不同，两者之差为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述的柔性骨架（1）和低温杜瓦管（10）采用波纹管或螺旋制作，波纹形式是U型或者C型。
7.根据权利要求1所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述第一低温电绝缘层（2）、第二低温电绝缘层（4）、第三低温电绝缘层（6）和第四低温电绝缘层（8）采用绝缘纸按照设定的角度和叠包率绕成，所述第一低温电绝缘层（2）、第二低温电绝缘层（4）、第三低温电绝缘层（6）和第四低温电绝缘层（8）两侧还绕有半导电纸。
8.根据权利要求1所述的直流双极超导电缆通电导体，其特征在于，所述正极超导体（3）和负极超导体（7）由多层超导带或超导线按照设定的绕角和节距绕成。
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