CN112485557B - 三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置及方法，包括主回路电源、保护断路器、主回路电流互感器、三相同轴超导电缆系统、回路运行控制系统、测量信号线和控制信号线；所述三相同轴超导电缆系统包括三相同轴高温超导电缆、超导电缆冷却终端、屏蔽层电流互感器、骨架电流互感器、多通道测温主机；所述多通道测温主机，用于将接收到的温度信号解算获得电缆沿线各相温度Ta、Tb、Tc、冷却介质流入通道平均温度Tin和流出通道平均温度Tout。本发明可应用于电力电网中的高温超导电缆的温度测量和监控保护中，适用于管道绝缘型和管道非绝缘型的三相同轴电缆温度监测，具有较高的稳定性和可靠性。

Description

三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置及方法

技术领域：

本发明属于超导电缆领域，具体涉及一种三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置及方法。

背景技术：

城市电网负荷快速增长，新增或扩容现有送电线路面临着电缆隧道空间饱和、电缆载流能力不足与新增变配电设施征地成本过高等难题，导致部分城市负荷中心配电容量面临无法满足实际发展需求的困境。超导电缆应用在城市负荷中心的地下电缆系统或在特定环境下实现大容量输电方面具有很大的技术优势。高温超导电缆取代现有的常规电缆，可以成倍提升地下电网输电容量，从而解决负荷增长和地下空间受限之间的矛盾，打破城市电力传输瓶颈。

三相同轴超导电缆因各相结构差异，三相导体之间电磁耦合不均匀，往往会出现相间不平衡问题。当线路发生短路电流冲击或者不对称故障时，由于超导体失超产生电阻和发生热积累，三相同轴电缆中各相电流呈现转移分布现象，令屏蔽层感应电流、电缆电压以及等效参数等均会发生改变。比如短路作用下，三相同轴电缆结构会呈现出一定的不足，内侧相导体和外侧相导体由于距离冷却介质较近，传热距离短，可以获得良好的冷却，即使通过故障电流，热量也会很快传递到冷却介质中去。但是中间相导体由于距离两侧冷却介质都较远，一旦该相发生单相短路故障，产生的热量只能通过其余两相传递散热，需要更长的时间同时还会使其余两相产生一定温升。当低温冷却环境和冷却介质也发生故障或改变时，由于不能及时移除累积热，持续上升的温度将导致超导电缆失去稳定性，严重时甚至会造成电缆损坏。目前，还没有很好的方法对三相同轴超导电缆结构的中间相导体温度以及故障情况下的屏蔽分流情况进行监测。

发明内容：

针对现有技术的不足与改进需求，本发明的目的是提供一种三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，并基于该装置提供一套超导电缆运行的保护方法，本发明保证整套装置能够对三相同轴高温超导电缆正常运行和故障运行状况下的电缆系统内的温度和电流分布情况进行全面监测，并依据监测数据合理判定电缆系统回路保护动作策略。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，包括主回路电源1、保护断路器2、主回路电流互感器3、三相同轴超导电缆系统4、回路运行控制系统5；其特征在于：

所述主回路电源1通过保护断路器2与三相同轴高温超导电缆系统相连形成输电回路；

所述主回路电流互感器设置在保护断路器2和三相同轴高温超导电缆系统之间，并将所测主回路三相电流信号上传至回路运行控制系统5；

三相同轴高温超导电缆系统将屏蔽层、电缆骨架的分流值，以及电缆温度分布值上传至所述回路运行控制系统5。

进一步优选地，

所述三相同轴超导电缆系统包括三相同轴高温超导电缆40、超导电缆冷却终端41、屏蔽层电流互感器42、骨架电流互感器43、多通道测温主机44；

其中，屏蔽层电流互感器42用于监测三相同轴高温超导电缆40中的屏蔽层分流Ish，骨架电流互感器43用于监测分布三相同轴高温超导电缆40中的电缆空心骨架分流Isk；所述多通道测温主机44，用于采集分析三相同轴高温超导电缆40全长范围内各个测量点的温度信号。

每隔设定距离，在所述三相同轴高温超导电缆40的屏蔽层402外表面、空心骨架408内表面以及每层绕包半导电层405内安装有超低温温度传感器410，分别用于监测液氮回流通道温度、液氮去流通道温度、各超导层温度。

所述超低温温度传感器410的类型为铂电阻传感器或测温光纤。

在所述三相同轴高温超导电缆40的屏蔽层402外表面、空心骨架408内表面所安装的超低温温度传感器410选用铂电阻传感器，其外部包裹柔性超高分子聚乙烯保护管，采用PT100四线制测量方式；

每层绕包半导电层405内安装的超低温温度传感器410采用涂敷了聚酰亚胺的裸光纤，并在周围缝隙填充有丙烯酸酯类胶粘剂进行固定和保护。

所述多通道测温主机44将接收到的温度信号解算获得电缆沿线各相温度Ta、Tb、Tc、冷却介质流入通道平均温度Tin和流出通道平均温度Tout，获得电缆全长以及层间的温度分布情况；

所述主回路电流互感器3用于测量三相同轴超导电缆各相超导层的电流分配情况，三相电流分别为Ia、Ib、Ic，并由回路运行控制系统计算三相电流不平衡度△un。

所述回路运行控制系统5用于结合全部温度和电流监测数据对三相同轴高温超导电缆运行状态进行评估和判定，并确定保护动作及保护区域，对相应的主回路电源1和保护断路器2进行操作。

本发明还同时公开了一种利用如前所述载流量和温度监测装置的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测方法，其特征在于：

所述回路运行控制系统5用于将测量值与电缆各相温度告警值Tal、电缆各相最高允许温度Tmax、电缆各相温升低门槛值Tl、电缆各相温升高门槛值Th、冷却介质最高允许温度Tlmax、电流不平衡度预设值△unset、屏蔽层电流限值Ishset和骨架电流限值Iskset进行比较，按照下述的策略来确定保护动作：

1)在满足以下条件之一时，生成的保护动作为报警命令，回路运行控制系统控制主回路电源系统降负荷运行：

a)对比结果为(Tam>Tal)∪(Tbm>Tal)∪(Tcm>Tal)；

b)对比结果为(△Ta>Tl)∪(△Tb>Tl)∪(△Tc>Tl)；

c)当△un>△unset时；

其中，Tam、Tbm、Tcm分别为电缆A相、B相、C相所有温度测量点的最大值，△Ta、△Tb、△Tc分别为电缆A相、B相、C相温度测量最大值相较电缆初始温度T0产生的温升；

2)在满足以下条件之一时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统控制保护断路器断开，将三相同轴高温超导电缆从回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复：

a)对比结果为(Tam>Tmax)∪(Tbm>Tmax)∪(Tcm>Tmax)；

b)对比结果为(△Ta>Th)∪(△Tb>Th)∪(△Tc>Th)；

c)对比结果为(Tin>Tlmax)∪(Tout>Tlmax)；

d)当(Ish>Ishset)∪(Isk>Iskset)时。

进一步优选地，各相温度告警值Tal取值范围为(90-95K)、电缆各相最高允许温度Tmax取值范围为(95-100K)、电缆各相温升低门槛值Tl取值范围为(5-15K)、电缆各相温升高门槛值Th取值范围为(15-25K)、冷却介质最高允许温度Tlmax取值范围为(78-79K)、电流不平衡度预设值△unset取值范围为(5-8％)、屏蔽层电流限值Ishset和骨架电流限值Iskset取值范围均为(300-500A)。

本发明相对于现有技术具有以下有益的技术效果：

本发明提供的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置及方法是基于电流和温度复合开展三相同轴电缆运行监测。通过预先在超导电缆制作时将超低温传感器安装到超导电缆之中，能够创新地开展中间相超导体温度监测以及开展超导电缆系统全线分布式温度监测；通过多组电流互感器开展三相主回路电流以及屏蔽层和骨架的故障分流监测，形成完整的电缆系统运行监测系统。该系统可以实时、准确地掌握高温超导电缆沿线温度分布，从而实现根据超导电缆载流量和运行温度控制电缆的输送电流或控制超导电缆回路保护装置；可以及时发现与热扰动有关的电缆运行缺陷，并发出报警信号，保证高温超导电缆的安全运行。本发明提供的高温超导电缆温度测量系统可应用于电力电网中的高温超导电缆的温度测量和监控保护中，适用于管道绝缘型和管道非绝缘型的三相同轴电缆温度监测，具有较高的稳定性和可靠性。

附图说明：

图1为本发明的一个实施例中一种三相同轴高温超导电缆载流量和温度监测装置主回路单线示意图。

图2为本发明的一个实施例中三相同轴超导电缆系统的结构示意图。

图3为本发明的一个实施例中三相同轴超导电缆的结构示意图。

图4为本发明的一个实施例中PT100铂热电阻传感器在超导电缆运行温度区间内的电阻值变化曲线。

图5为本发明的一个实施例中超导电缆样缆失超试验中监测得到的电缆载流量与电缆温度的对应关系。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。特别声明，以下的描述本质上只是起到了宏观解释和实例说明的作用，绝不对本发明及其应用或使用进行任何限制。除非另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并不限制本发明保护的范围。图1为本发明的一个实施例中一种三相同轴高温超导电缆载流量和温度监测装置主回路单线示意图。在本实施例中，三相同轴高温超导电缆载流量和温度监测装置包括主回路电源1、保护断路器2、主回路电流互感器3、三相同轴超导电缆系统4、回路运行控制系统5、测量信号线6、控制信号线7，由回路运行控制系统5实现整个运行回路的参数测量和保护功能。可以理解的是，在本发明的实施例中，试验系统主回路为完整的三相回路。电流互感器测得的三相电流分别为Ia、Ib、Ic。

图2为本发明的一个实施例中三相同轴超导电缆系统4的结构示意图。在本实施例中，所述三相同轴超导电缆系统4包括三相同轴高温超导电缆40、超导电缆冷却终端41、屏蔽层电流互感器42、骨架电流互感器43、多通道测温主机44。可以理解的是，屏蔽层电流互感器42用于监测三相同轴高温超导电缆40中的屏蔽层分流Ish，骨架电流互感器43用于监测分布三相同轴高温超导电缆40中的电缆空心骨架分流Isk，所使用电流互感器均为单相，与主回路电流互感器3监测到的三相电流共同测试三相同轴高温超导电缆40在运行状态下的载流分布情况。多通道测温主机44用于采集分析三相同轴高温超导电缆40全长范围内各个测量点的温度信号，获得电缆全长以及层间的温度分布情况。屏蔽层电流互感器42和骨架电流互感器43监测到的电流信号以及多通道测温主机44监测到的温度信号均通过测量信号线6传送至回路运行控制系统5，由回路运行控制系统5结合全部温度和电流监测数据对三相同轴高温超导电缆40运行状态进行评估和判定，并确定保护动作及保护区域，所述回路运行控制系统5根据所述保护动作及保护区域对相应的主回路电源1和保护断路器2进行操作。可以理解的是，在本发明的实施例中，三相同轴超导电缆系统4还应包括循环冷却控制装置，用于为三相同轴高温超导电40和超导电缆冷却终端41提供循环液氮作为冷却介质，保证所述三相同轴高温超导电缆40工作在运行温度(-196℃)以下。可以理解的是，管道绝缘型结构三相同轴高温超导电缆其内部骨架接地运行，可在接地处连接骨架电流互感器43进行电流监测；而管道非绝缘型结构三相同轴高温超导电缆其内部骨架在运行时不接地，骨架电流互感器43可安装在终端内进行电流监测。

图3为本发明的一个实施例中三相同轴超导电缆的结构示意图。在本实施例中，所述三相同轴高温超导电缆40其从外至内包括：绝热层401、屏蔽层402、至少一层外绝缘层403及超导层、内绝缘层407和空心骨架408。每层超导层由外侧的第一超导带材层404、内侧的第二超导带材层406以及两层超导带材之间的绕包半导电层405组成。在所述绝热层401与屏蔽层402之间以及在空心骨架408内均填充有液氮409，从而使所述三相同轴高温超导电缆40工作在运行温度(-196℃)以下，其中空心骨架409内部为液氮去流通道，绝热层401与屏蔽层402之间为液氮回流通道。可以理解的是，管道绝缘型结构三相同轴高温超导电缆其内部骨架接地运行，因此在骨架与内侧导体间设有内绝缘层407；而对于管道非绝缘型结构三相同轴高温超导电缆，其内侧导体直接绕制在骨架上，从而可减少内绝缘层结构，相应地可提高骨架内冷却介质对导体的冷却效率。

可以理解的是，在本发明的实施例中，三相同轴超导电缆共包含三层外绝缘层403、三层超导层，且C相位于外侧，A相位于内侧，B相为中间相。

可以理解的是，在本发明的实施例中，所述屏蔽层402为铜屏蔽层，属于金属屏蔽层，其运行方式通常为单端接地，主要作用是用于屏蔽电场，正常运行时并无电流通过，系统故障情况下会对故障电流产生分流作用。所述空心骨架408为金属波纹管，主要作用是用于超导带材缠绕的支撑，同时用于液氮管道，正常运行时并无电流通过，系统故障情况下会对故障电流产生分流作用。

在本实施例中，在所述三相同轴高温超导电缆40里面进一步安装有超低温温度传感器410，所述超低温温度传感器安装在屏蔽层402外表面、空心骨架408内表面以及每层绕包半导电层405内，也即覆盖液氮409区域和各超导层区域。其中，安装在屏蔽层402外表面的超低温温度传感器410用于监测液氮回流通道温度，安装在空心骨架408内表面的超低温温度传感器410用于监测液氮去流通道温度，安装于各绕包半导电层405内的超低温温度传感器410用于监测各超导层温度。通常液氮回流通道温度略高于液氮去流通道，各超导层温度由外向内依次降低(C相最大，A相最小)，但温差极小。

在本实施例中，所述各相导体层采用第二代高温超导带材，可以理解的是，第二类高温超导带材又称为YBCO超导带材，YBCO超导带材为多层结构，主要由铜稳定层、银层、YBCO超导层、帽子层、种子层、缓冲层、隔离层以及哈氏合金层组成，不同厂商的超导带材在每层的材料和厚度上可能会有差异。超导层每相含2层超导带材，根据等效电路方程得到各层自感和互感，解算得到绕制螺距与绕制螺旋角度，即可实现通电导体的均流设计。两层超导带材中间填有绕包半导电层和填充材料。所述超低温温度传感器410即安装在两层超导带材之间，能耐受极低温度(-196℃以下)环境。

在本实施例中，所述超低温温度传感器410的类型为铂电阻传感器或测温光纤，其外部包裹柔性超高分子聚乙烯(UPE)保护管，保证传感器可靠安装并准确感应温度。铂电阻传感器采用PT100四线制测量方式，适用于较短的超导电缆样缆和冷却终端内部温度监测，在其全长范围内约每0.5m在液氮去流和回流通道分别安装一个超低温温度传感器410。PT100不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。PT100的测温范围为-200℃-650℃，测量精度可达0.1℃，有较好的稳定性和较快的响应速度，是在低温环境下测量温度的理想选择。因此，本实施例中可使用PT100铂电阻传感器作为温度传感器来监测超导电缆内部温度。图4为本发明的一个实施例中PT100铂热电阻传感器在超导电缆运行温度区间内的电阻值变化曲线。测温光纤内部可采用分布式光纤传感器原理或光纤光栅传感器原理，通常可采用石英系的多模光纤，对于中等长度(约5-10m)超导电缆样缆可采用光纤光栅传感器，相邻光栅距离不大于0.5m；对于更长的超导电缆或工程化超导电缆产品，可采用分布式光纤传感器。

可以理解的是，在本发明的实施例中，由于液氮管道内的空间较大，因此可使用带包管的温度传感器，其内部传感器型式可以是铂电阻或测温光纤。铂电阻的测温应用更为直接和简单，但由于铂电阻安装较为复杂且响应速度有限，而分布式光纤测温需要较长尾纤以保证较高的测温准确性和空间分辨率，因此本实施例中的超低温温度传感器410优选采用串级式光纤光栅传感器。必要时，利用法布里-珀罗谐振腔(F-P谐振腔)辅助进行光纤光栅传感器解调，可以串联更多的光纤光栅传感器，以提高温度监测范围和精度。但是安装于超导层内的超低温温度传感器410直径不能过大，避免占用过多超导电缆内部空间，影响电缆性能。因此本实施例中安装在层间的的超低温温度传感器410优选采用涂敷了聚酰亚胺等高性能材料的裸光纤，并在周围缝隙填充有丙烯酸酯类胶粘剂进行固定和保护。

在本实施例中，监控超导电缆载流量和电缆系统温度能够对超导电缆运行状态进行综合判断。通常超导电缆超过临界电流时，超导电缆会失超而转变为有电阻导体，一方面通流能力大幅度降低，还会产生较大的焦耳热，使超导带材及周围冷却介质温度升高。图5为本发明的一个实施例中超导电缆样缆失超试验中监测得到的电缆载流与电缆温度的对应关系。虽然超导电缆温度明显升高时刻较开始失超时刻有一定时间(图中约为50s)的滞后，但超导电缆整体或局部温度升高可作为超导电缆需降负荷运行的主要判据之一。

可以理解的是，在本发明的实施例中，本发明预先在三相同轴高温超导电缆40内部多种类型的超低温温度传感器410(运行于-196℃以下)，并由多通道测温主机44将温度信号传送至回路运行控制系统5，作为判定电缆运行状况的判据之一(主要判据还包括载流分布情况和判定方法)，其判定依据为实测温度与预先设置的各个温度阈值之间的比较关系，以确保三相同轴高温超导电缆40处于安全运行状态。

可以理解的是，在本发明的实施例中，对于安装于三相同轴高温超导电缆40内部超导层的超低温温度传感器410可采用与半导电层一同绕包的形式敷设安装；对于安装于三相同轴高温超导电缆40内部液氮通道的超低温温度传感器410可采用直线形或S形敷设的方式敷设在绝热层401与屏蔽层402之间以及在空心骨架408内。

多通道测温主机44，用于在接收温度信号后，解算获得电缆沿线各相温度Ta、Tb和Tc、电缆沿线各相温度测量最大值相较电缆初始温度T0产生的温升△Ta、△Tb和△Tc、冷却介质流入通道平均温度Tin和流出通道平均温度Tout。

回路运行控制系统5，用于将多通道测温主机44获得的各温度数值同预设的电缆各相温度告警值Tal、电缆各相最高允许温度Tmax、电缆各相温升低门槛值Tl、电缆各相温升高门槛值Th、冷却介质最高允许温度Tlmax进行对比，以判定回路运行控制系统5的保护动作。回路运行控制系统5，还用将电流互感器5、屏蔽层电流互感器42、骨架电流互感器43获得的各电流数值进行解算获得三相电流不平衡度△un，并同预设的电流不平衡度预设值△unset、屏蔽层电流限值Ish和骨架电流限值Isk进行对比，以判定回路运行控制系统5的保护动作。Tam、Tbm、Tcm分别为电缆A相、B相、C相所有温度测量点的最大值，△Ta、△Tb、△Tc分别为电缆A相、B相、C相温度测量最大值相较电缆初始温度T0产生的温升；

优选地，所述回路运行控制系统5按照下述的策略来确定保护动作：

1)在对比结果为(Tam>Tal)∪(Tbm>Tal)∪(Tcm>Tal)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为报警命令，回路运行控制系统5控制主回路电源系统1降负荷运行；

2)在对比结果为(△Ta>Tl)∪(△Tb>Tl)∪(△Tc>Tl)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为报警命令，回路运行控制系统5控制主回路电源系统1降负荷运行；

3)当△un>△unset时，生成的保护动作为报警命令，回路运行控制系统5控制主回路电源系统1降负荷运行；在本实施例中，由于三相同轴电缆的生产制造工艺已达到较高水平，△unset设定为5％。

4)在对比结果为(Tam>Tmax)∪(Tbm>Tmax)∪(Tcm>Tmax)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统5控制保护断路器2断开，将三相同轴高温超导电缆40抽回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复。在本实施例中，根据同轴电缆回路故障经验，时长t设为20分钟。

5)在对比结果为(△Ta>Th)∪(△Tb>Th)∪(△Tc>Th)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统5控制保护断路器2断开，将三相同轴高温超导电缆40抽回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复。在本实施例中，根据同轴电缆回路故障经验，时长t设为20分钟。

6)在对比结果为(Tin>Tlmax)∪(Tout>Tlmax)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统5控制保护断路器2断开，将三相同轴高温超导电缆40抽回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复。在本实施例中，根据同轴电缆回路故障经验，时长t设为20分钟。

7)当(Ish>Ishset)∪(Isk>Iskset)(即出现上述任一种判断结果时)时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统5控制保护断路器2断开，将三相同轴高温超导电缆40抽回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复。在本实施例中，根据同轴电缆回路故障经验，时长t设为20分钟。

在本实施例中，为保证超导电缆系统安全稳定运行以及故障失超后的可恢复性，建议各温度值或温升值取可取值范围的下限。作为优选地，各相温度告警值Tal取值范围为90K、电缆各相最高允许温度Tmax取值范围为95K、电缆各相温升低门槛值Tl取值范围为5K、电缆各相温升高门槛值Th取值范围为15K、冷却介质最高允许温度Tlmax取值范围为78.5K、电流不平衡度预设值△unset取值范围为5％、屏蔽层电流限值Ishset和骨架电流限值Iskset取值范围均为300A。

可以理解的是，在本发明的实施例中，当高温超导电缆系统所在回路正常运行，主要通过监测超导电缆内部超导电缆温度和相间电流不平衡度判定超导电缆运行方式；当高温超导电缆系统所在回路发生故障时，主要通过测量超导带材通过大电流时的温度变化和屏蔽层及骨架分流情况来判定超导电缆运行方式。若判定回路参数变化不影响高温超导电缆系统正常运行时，不对回路运行状态进行调整；若判定回路参数变化不会立即引起超导电缆系统故障，将调整电缆系统进入降额状态继续监视运行；若判定可能会对超导电缆引起永久性损害而无法继续运行时，将切断电缆系统所在回路，使电缆系统退出运行。

虽然已示例实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于上述的示例性实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本公开的范围和精神的条件下修改上述的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，包括主回路电源（1）、保护断路器（2）、主回路电流互感器（3）、三相同轴超导电缆系统（4）、回路运行控制系统（5）；其特征在于：

所述主回路电源（1）通过保护断路器（2）与三相同轴高温超导电缆系统相连形成输电回路；所述主回路电流互感器设置在保护断路器（2）和三相同轴高温超导电缆系统之间，并将所测主回路三相电流信号上传至回路运行控制系统（5）；

三相同轴高温超导电缆系统包括三相同轴高温超导电缆（40）、超导电缆冷却终端（41）、屏蔽层电流互感器（42）、骨架电流互感器（43）、多通道测温主机（44）；其中，屏蔽层电流互感器（42）用于监测三相同轴高温超导电缆（40）中的屏蔽层分流Ish，骨架电流互感器（43）用于监测分布三相同轴高温超导电缆（40）中的电缆空心骨架分流Isk；所述多通道测温主机（44），用于采集分析三相同轴高温超导电缆（40）全长范围内各个测量点的温度信号；每隔设定距离，在所述三相同轴高温超导电缆（40）的屏蔽层（402）外表面、空心骨架（408）内表面以及每层绕包半导电层（405）内安装有超低温温度传感器（410），分别用于监测液氮回流通道温度、液氮去流通道温度、各超导层温度，

三相同轴高温超导电缆系统将屏蔽层、电缆骨架的分流值，以及电缆温度分布值上传至所述回路运行控制系统（5），所述回路运行控制系统（5）用于结合全部温度和电流监测数据对三相同轴高温超导电缆运行状态进行评估和判定，并确定保护动作及保护区域，对相应的主回路电源（1）和保护断路器（2）进行操作。

2.根据权利要求1所述的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，其特征在于：

所述超低温温度传感器（410）的类型为铂电阻传感器或测温光纤。

3.根据权利要求2所述的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，其特征在于：

在所述三相同轴高温超导电缆（40）的屏蔽层（402）外表面、空心骨架（408）内表面所安装的超低温温度传感器（410）选用铂电阻传感器，其外部包裹柔性超高分子聚乙烯保护管，采用PT100四线制测量方式。

4.根据权利要求3所述的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，其特征在于：

每层绕包半导电层（405）内安装的超低温温度传感器（410）采用涂敷了聚酰亚胺的裸光纤，并在周围缝隙填充有丙烯酸酯类胶粘剂进行固定和保护。

5.根据权利要求1或4所述的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测装置，其特征在于：

所述多通道测温主机（44）将接收到的温度信号解算获得电缆沿线各相温度Ta、Tb、Tc、冷却介质流入通道平均温度Tin和流出通道平均温度Tout，获得电缆全长以及层间的温度分布情况；

所述主回路电流互感器（3）用于测量三相同轴超导电缆各相超导层的电流分配情况，三相电流分别为Ia、Ib、Ic，并由回路运行控制系统计算三相电流不平衡度△un。

6.一种利用如权利要求1-5任一项权利要求所述装置的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测方法，其特征在于：

回路运行控制系统（5）将测量值与电缆各相温度告警值Tal、电缆各相最高允许温度Tmax、电缆各相温升低门槛值Tl、电缆各相温升高门槛值Th、冷却介质最高允许温度Tlmax、电流不平衡度预设值△unset、屏蔽层电流限值Ishset和骨架电流限值Iskset进行比较，按照下述的策略来确定保护动作：

1）在满足以下条件之一时，生成的保护动作为报警命令，回路运行控制系统控制主回路电源系统降负荷运行：

a）对比结果为(Tam>Tal)∪(Tbm>Tal)∪(Tcm>Tal)；

b）对比结果为(△Ta>Tl)∪(△Tb>Tl)∪(△Tc>Tl)；

c）当△un>△unset时；

其中，Tam、Tbm、Tcm分别为电缆A相、B相、C相所有温度测量点的最大值，△Ta、△Tb、△Tc分别为电缆A相、B相、C相温度测量最大值相较电缆初始温度T0产生的温升，△un为三相电流不平衡度；

2）在满足以下条件之一时，生成的保护动作为跳闸命令，回路运行控制系统控制保护断路器断开，将三相同轴高温超导电缆从回路中切除预设时间t，等待回路故障恢复：

a）对比结果为(Tam>Tmax)∪(Tbm>Tmax)∪(Tcm>Tmax)；

b）对比结果为(△Ta>Th)∪(△Tb>Th)∪(△Tc>Th)；

c）对比结果为(Tin>Tlmax)∪(Tout>Tlmax)；

d）当(Ish>Ishset)∪(Isk>Iskset)时；

其中，Tin为冷却介质流入通道平均温度，Tout为冷却介质流出通道平均温度，Ish为屏蔽层分流，Isk为电缆空心骨架分流。

7.根据权利要求6所述的三相同轴高温超导电缆系统载流量和温度监测方法，其特征在于：

各相温度告警值Tal取值范围为90K-95K；

电缆各相最高允许温度Tmax取值范围为95K-100K；

电缆各相温升低门槛值Tl取值范围为5K-15K；

电缆各相温升高门槛值Th取值范围为15K-25K；

冷却介质最高允许温度Tlmax取值范围为78K-79K；

电流不平衡度预设值△unset取值范围为5%-8%；

屏蔽层电流限值Ishset和骨架电流限值Iskset取值范围均为300A-500A。