CN113340472B - 超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置 - Google Patents

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Abstract

超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置，从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量；基于外容器漏热量计算模型，得到超导电缆中间接头的总漏热量；以及基于绝热管漏热量计算模型，得到绝热管的漏热量。实现对超导电缆中间接头外容器、绝热管漏热量的测量与计算，获得超导电缆中间接头的总漏热量和绝热管漏热量，基于漏热量数据，对超导电缆中间接头和绝热管的制作提供数据支撑。

Description

超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置
技术领域
本发明涉及超导电缆中间接头检测技术领域，更具体地，涉及超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置。
背景技术
高温超导电缆具有传输功率大、电流密度高、损耗低和环境友好等优点。三相同轴超导电缆是一种新型的超导电缆，它与单相超导电缆相比有明显的优点：使用的超导带材少一半、交流损耗更小、并且没有杂散磁场。除此之外、因为一根三相同轴电缆具备了三根分离单相电缆的功能、且仅需要一个低温容器、因此占用的空间更小。
作为长尺度的超导电缆，中间接头是电缆中至关重要也是必不可少的一环。中间接头布置在双层低温恒温容器内，为了保证超导电缆运行的液氮环境，双层低温恒温容器外还增设绝热管。在工程实际应用中，为优化中间接头及绝热管的设计及处理工艺，需要对超导电缆中间接头及绝热管的漏热量进行研究。
中国发明专利(CN105355319)公开的超导电缆的低温恒温器内配置发热量测量装置，用于长时间准确测量超导电缆的发热量；但并未公开发热量测量装置的热量测量方法及计算方法，更未涉及超导电缆中间接头及其容器的漏热测量。
中国发明专利(CN106129926)公开非潮湿环境用电缆接头防火保护盒，盒上布置有常开的防火散热部件以及与该防火散热部件通信连接的温度传感器，用于检测防火保护盒内的实时温度有没有超过预设警戒值，以控制防火散热部件的关闭与开启；该专利技术无法直接测量电缆接头处的热量，无法适用于超导电缆中间接头漏热测量。
中国发明专利(CN109917233)公开了一种电缆终端绝缘表面过热的抑制及测评方法，将多组温度传感器错开放置于电缆终端绝缘层内，实现对电缆终端内绝缘管各区域表面温度的实时测量，并采用温度拟合公式估算电缆终端内部线芯温度；中国发明专利(CN109975353)通过在绝缘层、外护套层、金属线芯内以及电缆表面布置热电偶，去测量不同温升条件下的电缆各层温度分布；中国发明专利(CN110319953)利用护套温度计算模块、热阻热容计算模块以及导体温度预测模块实现对电缆导体的温度值预测。上述专利为代表的电缆测温专利技术，关注点在于测量电缆温度，而未涉及电缆向外传递热量的测量，而对于超导电缆来说，电缆本体及其中间接头对外的漏热量会导致液氮环境温度的改变，从而影响超导电缆的电气特性，因此直接检测漏热量对于冷却系统控制、低温恒温容器设计等相关技术的研发具有重要的应用价值。
综上，现有技术中，关于超导电缆中间接头漏热测量的研究较少，该技术领域尚处于空白阶段。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置，实现对超导电缆中间接头外容器、绝热管漏热量的测量与计算，获得超导电缆中间接头的总漏热量和绝热管漏热量，基于漏热量数据，对超导电缆中间接头和绝热管的制作提供数据支撑。
本发明采用如下的技术方案。
步骤1，在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量；
步骤2，利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量；
步骤3，利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
优选地，
步骤1中，外容器外表面不同区域的表面热通量包括：qc1、qc2、qc3、qc4、qc5、qc6、qc7、qc8、qc9、qc10、qc11；
qc10、qc11的检测点分别位于外容器的左侧面和右侧面；
qc1、qc2、qc3的检测点位于近外容器左侧面的同一圆周上；
qc4、qc5、qc6的检测点位于外容器中部的同一圆周上；
qc7、qc8、qc9的检测点位于近外容器右侧面的同一圆周上；
其中，
qc1、qc4、qc7的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上、且圆周角满足；
qc2、qc5、qc8的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc3、qc6、qc9的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc1与qc3、qc4与qc6、qc7与qc9的检测点分别上下对置；
qc1、qc2、qc3的检测点所在的圆周到左侧面的距离，与qc7、qc8、qc9的检测点所在的圆周到右侧面的距离相等。
步骤1中，绝热管外表面不同区域的表面热通量包括：
Figure BDA0003027588380000031
Figure BDA0003027588380000032
其中0<j<Lr，Lr为绝热管的长度；
Figure BDA0003027588380000033
的检测点位于距离绝热管端部水平距离j的同一圆周上；其中，
Figure BDA0003027588380000034
与
Figure BDA0003027588380000035
与
Figure BDA0003027588380000036
与
Figure BDA0003027588380000037
与
Figure BDA0003027588380000038
的检测点所对应的圆周角相差均为90°。
优选地，
步骤2包括：
步骤2.1，按照圆周角度将外容器划分为外容器上部和外容器下部，其中，外容器上部的圆周角范围为0≤θ≤π，外容器下部的圆周角范围为π<θ<2π；并据此，将外容器漏热量计算模型划分为外容器上部漏热量计算模型和外容器下部漏热量计算模型；
步骤2.2，采集热通量qc1、qc2、qc4、qc5、qc7、qc8，利用外容器上部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器上部的漏热量；
步骤2.3，采集热通量qc3、qc6、qc9，利用外容器下部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器下部的漏热量；
步骤2.4，采集热通量qc10、qc11，计算得到外容器左侧面、右侧面的漏热量；
步骤2.5，汇总外容器上部、下部、左侧面和右侧面的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量。
在步骤2.2中，外容器上部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA0003027588380000041
式中，
Q′(θ,z)表示外容器上部漏热量，
θ表示外容器上部的圆周角，其范围为0≤θ≤π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、a2和b2分别表示拟合系数。
在步骤2.3中，外容器下部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA0003027588380000042
式中，
Q″(θ,z)表示外容器下部漏热量，
θ表示外容器下部的圆周角，其范围为π<θ<2π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2和d2分别表示拟合系数。
优选地，
步骤3包括：
步骤3.1，按照圆周角度将绝热管划分为四段，第一段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000043
第二段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000044
第三段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000051
第四段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000052
步骤3.2，采集热通量
Figure BDA0003027588380000053
选择
Figure BDA0003027588380000054
中的最大值作为第一段绝热管与第二段绝热管交界点的热通量qr1，选择
Figure BDA0003027588380000055
中的最大值作为第二段绝热管与第三段绝热管交界点的热通量qr2，
Figure BDA0003027588380000056
中的最大值作为第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3，
Figure BDA0003027588380000057
中的最大值作为第四段绝热管与第一段绝热管交界点的热通量qr4；
步骤3.3，根据各交界点的热通量qr1、qr2、qr3、qr4，利用绝热管漏热量计算模型，经积分计算，得到绝热管的漏热量。
在步骤3.2中，第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3包括电缆输送波谷容量下的热通量q′r3和电缆输送波峰容量下的波峰热通量q″r3。
在步骤3.3中，绝热管漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA0003027588380000058
式中，
Q′(θ)表示绝热管漏热量，
θ表示绝热管的圆周角，其范围为0≤θ≤2π，
a3、b3、a4、b4、a5、b5、a6和b6分别表示拟合系数。
优选地，
步骤1包括：
步骤1.1，利用热流传感器分别采集外容器当前检测点和绝热管当前检测点的热通量；
步骤1.2，利用信号线将热流传感器的输出端与纳伏表的输入端连接；
步骤1.3，在当前采样持续时间T内，每间隔一段时间Δt读取纳伏表输出的外容器当前检测点的电压值和绝热管当前检测点的电压值，并将电压值均存储在数据库中；
步骤1.4，在下一采样持续时间内，利用热流传感器分别采集外容器下一检测点和绝热管下一检测点的热通量，并重复步骤1.2和1.3。
采样持续时间T不小于1小时，每间隔一段时间Δt不大于T/3。
热流传感器使用导热胶带和/或导热银硅脂，紧贴于外容器外表面、绝热管外表面的检测点位置。
纳伏表的输出端还连接热流计算模块，该模块利用输出电压计算得到检测点的热流值；计算得到的热流值也存储到数据库中。
步骤1.3还包括：
从数据库中获取热流值，用于对外容器漏热量计算模型和绝热管漏热量计算模型进行修正。
超导电缆中间接头漏热测量及计算装置包括：热通量采集模块、外容器漏热量计算模块、绝热管漏热量计算模块；
热通量采集模块，用于在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量；
外容器漏热量计算模块，用于利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量；
绝热管漏热量计算模块，用于利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、能够准确测量和计算型式试验超导电缆系统中中间接头和绝热管在正常工作情况下的漏热量，为超导电缆中间接头及其附件的工程设计、运行管理提供重要参考，避免出现中间接头漏热量过高，而导致超导电缆输送容量下降，实现超导电缆的可靠经济的运行。
2、实时测量和计算得到的漏热量数据，能够及时发现影响超导电缆经济运行的故障位置，以便及时采取降温措施。
3、依据漏热量数据，对超导电缆中间接头和绝热管的制作工艺提出改进，为后续工程项目中，超导电缆中间接头和绝热管的制作加工提供参考依据，对超导电缆的应用和推广提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明超导电缆中间接头漏热测量及计算方法的流程图；
图2为本发明超导电缆中间接头结构以及外容器漏热量测量接线示意图；
图3为本发明超导电缆中间接头的绝热管漏热量测量接线示意图；
图4为本发明超导电缆中间接头外容器各检测点漏热量测量结果示意图；
图5为本发明超导电缆中间接头绝热管各检测点漏热量测量结果示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
实施例1。
超导电缆中间接头贯穿于柔性绝热管中、并且位于双层的低温恒温容器内，如图1，超导电缆中间接头漏热测量及计算方法如下：
步骤1，在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量。
具体地，
步骤1中，外容器外表面不同区域的表面热通量包括但不限于：qc1、qc2、qc3、qc4、qc5、qc6、qc7、qc8、qc9、qc10、qc11；
qc10、qc11的检测点分别位于外容器的左侧面和右侧面；
qc1、qc2、qc3的检测点位于近外容器左侧面的同一圆周上；
qc4、qc5、qc6的检测点位于外容器中部的同一圆周上；
qc7、qc8、qc9的检测点位于近外容器右侧面的同一圆周上；
其中，
qc1、qc4、qc7的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上、且圆周角满足；
qc2、qc5、qc8的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc3、qc6、qc9的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc1与qc3、qc4与qc6、qc7与qc9的检测点分别上下对置；
qc1、qc2、qc3的检测点所在的圆周到左侧面的距离，与qc7、qc8、qc9的检测点所在的圆周到右侧面的距离相等。
步骤1中，绝热管外表面不同区域的表面热通量包括但不限于：
Figure BDA0003027588380000081
Figure BDA0003027588380000082
其中0<j<Lr，Lr为绝热管的长度；
Figure BDA0003027588380000083
的检测点位于距离绝热管端部水平距离j的同一圆周上；其中，
Figure BDA0003027588380000084
与
Figure BDA0003027588380000085
与
Figure BDA0003027588380000086
与
Figure BDA0003027588380000087
与
Figure BDA0003027588380000088
的检测点所对应的圆周角相差均为90°。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据工程实际应用时对测量速度、计算精度等各种要求，设置不同的检测点。本发明为满足工程应用需要，在外容器外表面、侧面和绝热管外表面布置了有限个检测点，以满足热通量测量速度以及计算精度需求，是一种非限制性的较优选择。
具体地，
步骤1包括：
步骤1.1，利用热流传感器分别采集外容器当前检测点和绝热管当前检测点的热通量。
本发明优选实施例中，如图2和图3，热流传感器使用导热胶带和/或导热银硅脂，紧贴于外容器外表面、绝热管外表面的检测点位置。
步骤1.2，如图2和图3，利用信号线将热流传感器的输出端与纳伏表的输入端连接。
纳伏表的输出端还连接热流计算模块，该模块利用输出电压计算得到检测点的热流值；计算得到的热流值也存储到数据库中。
步骤1.3，在当前采样持续时间T内，每间隔一段时间Δt读取纳伏表输出的外容器当前检测点的电压值和绝热管当前检测点的电压值，并将电压值均存储在数据库中。
采样持续时间T不小于1小时，每间隔一段时间Δt不大于T/3。
值得注意的是，所属领域技术人员根据工程实际应用需要，设置不同的采样持续时间以及T以及间隔时间Δt，以满足热通量测量及计算要求。本发明优选实施例中，采样持续时间T不小于1小时，每间隔一段时间Δt不大于T/3，是一种非限制性的较优选择。
步骤1.3还包括：
从数据库中获取热流值，用于对外容器漏热量计算模型和绝热管漏热量计算模型进行修正。
步骤1.4，在下一采样持续时间内，利用热流传感器分别采集外容器下一检测点和绝热管下一检测点的热通量，并重复步骤1.2和1.3。
步骤2，利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量。
具体地，
步骤2包括：
步骤2.1，按照圆周角度将外容器划分为外容器上部和外容器下部，其中，外容器上部的圆周角范围为0≤θ≤π，外容器下部的圆周角范围为π<θ<2π；并据此，将外容器漏热量计算模型划分为外容器上部漏热量计算模型和外容器下部漏热量计算模型；
步骤2.2，采集热通量qc1、qc2、qc4、qc5、qc7、qc8，利用外容器上部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器上部的漏热量；
步骤2.3，采集热通量qc3、qc6、qc9，利用外容器下部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器下部的漏热量；
步骤2.4，采集热通量qc10、qc11，计算得到外容器左侧面、右侧面的漏热量；
步骤2.5，汇总外容器上部、下部、左侧面和右侧面的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量。
在步骤2.2中，外容器上部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA0003027588380000101
式中，
Q′(θ,x)表示外容器上部漏热量，
θ表示外容器上部的圆周角，其范围为0≤θ≤π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、a2和b2分别表示拟合系数。
在步骤2.3中，外容器下部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA0003027588380000102
式中，
Q″(θ,z)表示外容器下部漏热量，
θ表示外容器下部的圆周角，其范围为π<θ<2π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2和d2分别表示拟合系数。
步骤3，利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
具体地，
步骤3包括：
步骤3.1，按照圆周角度将绝热管划分为四段，第一段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000111
第二段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000112
第三段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000113
第四段绝热管的圆周角范围为
Figure BDA0003027588380000114
步骤3.2，采集热通量
Figure BDA0003027588380000115
选择
Figure BDA0003027588380000116
中的最大值作为第一段绝热管与第二段绝热管交界点的热通量qr1，选择
Figure BDA0003027588380000117
中的最大值作为第二段绝热管与第三段绝热管交界点的热通量qr2，
Figure BDA0003027588380000118
中的最大值作为第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3，
Figure BDA0003027588380000119
中的最大值作为第四段绝热管与第一段绝热管交界点的热通量qr4；
步骤3.3，根据各交界点的热通量qr1、qr2、qr3、qr4，利用绝热管漏热量计算模型，经积分计算，得到绝热管的漏热量。
在步骤3.2中，第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3包括电缆输送波谷容量下的热通量q′r3和电缆输送波峰容量下的波峰热通量q″r3。
在步骤3.3中，绝热管漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure BDA00030275883800001110
式中，
Q′(θ)表示绝热管漏热量，
θ表示绝热管的圆周角，其范围为0≤θ≤2π，
a3、b3、a4、b4、a5、b5、a6和b6分别表示拟合系数。
实施例2。
本发明以型式试样超导电缆系统为例，在试样电缆所连接系统正常运行时，详细说明超导电缆中间接头漏热量的测量及计算方法。
经测量获得的外容器表面各检测点的热通量详见表1和图4，绝热管表面各检测点的热通量详见表2和图5。
表1超导电缆中间接头外容器表面各检测点的热通量
图4中检测点位置 热通量符号 热通量测量值(W/m<sup>2</sup>)
右侧 q<sub>c11</sub> 13
右上 q<sub>c7</sub> 8.8
右中 q<sub>c8</sub> 8.8
右下 q<sub>c9</sub> 9.8
中上 q<sub>c4</sub> 7.6
中侧 q<sub>c5</sub> 7.6
中下 q<sub>c6</sub> 8.2
左上 q<sub>c1</sub> 10.4
左中 q<sub>c2</sub> 10.4
左下 q<sub>c3</sub> 9.8
左侧 q<sub>c10</sub> 10.09
从表1和图4可以看出，外容器的左上与左中的热通量测量值基本相同、中上与中侧的热通量测量值基本相同、右上与右中的热通量测量值基本相同；在同一水平线上的检测点之间，热通量测量值与水平距离呈线性变化关系；在同一圆周上的检测点之间，外容器上部的热通量测量值基本相同，外容器下部的热通量测量值与圆周角度呈线性变化关系。
表2超导电缆中间接头绝热管表面各检测点的热通量
图5中检测点位置 热通量符号 热通量(W/m<sup>2</sup>)
上侧 q<sub>r1</sub> 1.67
外侧 q<sub>r2</sub> 3.17
内侧 q<sub>r4</sub> 0.67
下谷(下侧波谷) q′<sub>r3</sub> 1.67
下侧(下侧波峰) q″<sub>r3</sub> 5.33
从表2和图5可以看出，沿圆周方向上，每个测量点之间的热通量测量值与圆周角呈线性变化关系，以每个检测点的热通量最大测量值作为计算绝热管的漏热量。
本发明优选实施例中，超导电缆中间接头的外容器长度LC为4.38m。
基于大量热通量测量数值，对外容器上部漏热量计算模型进行多次修正，最终以如下关系式计算外容器上部漏热量：
Figure BDA0003027588380000131
式中，
Q′(θ,z)表示外容器上部漏热量，
θ表示外容器上部的圆周角，其范围为0≤θ≤π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离；
基于大量热通量测量数值，对外容器下部漏热量计算模型进行多次修正，最终以如下关系式计算外容器下部漏热量：
Figure BDA0003027588380000132
式中，
Q″(θ,z)表示外容器下部漏热量，
θ表示外容器下部的圆周角，其范围为π<θ<2π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离；
对外容器下部漏热量计算式和外容器下部漏热量计算式进行积分，以如下关系式计算外容器圆筒外表面的漏热量：
W1＝∫∫Q(θ,z)·rdθdz
式中，
Q(θ,z)表示外容器上部漏热量Q′(θ,z)与外容器下部漏热量Q″(θ,z)之和，
r表示外容器内径；
得到超导电缆中间接头外容器圆筒外表面的漏热量W1＝61.054W。
对外容器左侧面和右侧面的漏热量分别进行计算，得到超导电缆中间接头外容器侧面的漏热量W2＝5.374W。
因此，超导电缆中间接头的总漏热量为W＝W1+W2＝66.428W。
基于大量热通量测量数值，对绝热管漏热量计算模型进行多次修正，最终以如下关系式计算绝热管漏热量：
Figure BDA0003027588380000141
式中，
Q′(θ)表示绝热管漏热量，
θ表示绝热管的圆周角，其范围为0≤θ≤2π；
对各段绝热管的漏热量计算式进行积分，以如下关系式计算绝热管圆筒外表面的漏热量：
Wr＝∫Q′(θ)r′dθ
式中，
r′表示绝热管内径；
因此，得到绝热管的漏热量Wr＝1.51W/m。
超导电缆中间接头漏热测量及计算装置包括：热通量采集模块、外容器漏热量计算模块、绝热管漏热量计算模块。
热通量采集模块，用于在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量。
外容器漏热量计算模块，用于利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量。
绝热管漏热量计算模块，用于利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、能够准确测量和计算型式试验超导电缆系统中中间接头和绝热管在正常工作情况下的漏热量，为超导电缆中间接头及其附件的工程设计、运行管理提供重要参考，避免出现中间接头漏热量过高，而导致超导电缆输送容量下降，实现超导电缆的可靠经济的运行。
2、实时测量和计算得到的漏热量数据，能够及时发现影响超导电缆经济运行的故障位置，以便及时采取降温措施。
3、依据漏热量数据，对超导电缆中间接头和绝热管的制作工艺提出改进，为后续工程项目中，超导电缆中间接头和绝热管的制作加工提供参考依据，对超导电缆的应用和推广提供技术支撑。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，所述超导电缆中间接头贯穿于柔性绝热管中、并且位于双层的低温恒温容器内，其特征在于，
所述测量及计算方法包括：
步骤1，在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量；
步骤2，利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量；
步骤3，利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
2.根据权利要求1所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤1中，所述外容器外表面不同区域的表面热通量包括：qc1、qc2、qc3、qc4、qc5、qc6、qc7、qc8、qc9、qc10、qc11；
qc10、qc11的检测点分别位于外容器的左侧面和右侧面；
qc1、qc2、qc3的检测点位于近外容器左侧面的同一圆周上；
qc4、qc5、qc6的检测点位于外容器中部的同一圆周上；
qc7、qc8、qc9的检测点位于近外容器右侧面的同一圆周上；
其中，
qc1、qc4、qc7的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc2、qc5、qc8的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc3、qc6、qc9的检测点位于与外容器轴线方向平行的同一水平线上；
qc1与qc3、qc4与qc6、qc7与qc9的检测点分别上下对置；
qc1、qc2、qc3的检测点所在的圆周到左侧面的距离，与qc7、qc8、qc9的检测点所在的圆周到右侧面的距离相等。
3.根据权利要求1所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤1中，所述绝热管外表面不同区域的表面热通量包括：
Figure FDA0003798530870000021
Figure FDA0003798530870000022
其中0<j<Lr，Lr为绝热管的长度；
Figure FDA0003798530870000023
的检测点位于距离绝热管端部水平距离j的同一圆周上；其中，
Figure FDA0003798530870000024
与
Figure FDA0003798530870000025
与
Figure FDA0003798530870000026
与
Figure FDA0003798530870000027
与
Figure FDA0003798530870000028
的检测点所对应的圆周角相差均为90°。
4.根据权利要求2所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤2包括：
步骤2.1，按照圆周角度将外容器划分为外容器上部和外容器下部，其中，外容器上部的圆周角范围为0≤q≤π，外容器下部的圆周角范围为π<θ<2π；并据此，将所述外容器漏热量计算模型划分为外容器上部漏热量计算模型和外容器下部漏热量计算模型；
步骤2.2，采集热通量qc1、qc2、qc4、qc5、qc7、qc8，利用外容器上部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器上部的漏热量；
步骤2.3，采集热通量qc3、qc6、qc9，利用外容器下部漏热量计算模型，经过积分计算，得到外容器下部的漏热量；
步骤2.4，采集热通量qc10、qc11，计算得到外容器左侧面、右侧面的漏热量；
步骤2.5，汇总外容器上部、下部、左侧面和右侧面的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量。
5.根据权利要求4所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
在步骤2.2中，所述外容器上部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure FDA0003798530870000029
式中，
Q′(θ,z)表示外容器上部漏热量，
θ表示外容器上部的圆周角，其范围为0≤θ≤π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、a2和b2分别表示拟合系数。
6.根据权利要求4所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
在步骤2.3中，所述外容器下部漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure FDA0003798530870000031
式中，
Q″(θ,z)表示外容器下部漏热量，
θ表示外容器下部的圆周角，其范围为π<θ<2π，
z表示以外容器左侧面为端部，检测点所在圆周与端部的水平距离，
LC表示外容器的长度，
a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2和d2分别表示拟合系数。
7.根据权利要求3所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤3包括：
步骤3.1，按照圆周角度将绝热管划分为四段，第一段绝热管的圆周角范围为
Figure FDA0003798530870000032
第二段绝热管的圆周角范围为
Figure FDA0003798530870000033
第三段绝热管的圆周角范围为
Figure FDA0003798530870000034
第四段绝热管的圆周角范围为
Figure FDA0003798530870000035
步骤3.2，采集热通量
Figure FDA0003798530870000036
选择
Figure FDA0003798530870000037
中的最大值作为第一段绝热管与第二段绝热管交界点的热通量qr1，选择
Figure FDA0003798530870000038
中的最大值作为第二段绝热管与第三段绝热管交界点的热通量qr2，
Figure FDA0003798530870000039
中的最大值作为第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3，
Figure FDA00037985308700000310
中的最大值作为第四段绝热管与第一段绝热管交界点的热通量qr4；
步骤3.3，根据各交界点的热通量qr1、qr2、qr3、qr4，利用绝热管漏热量计算模型，经积分计算，得到绝热管的漏热量。
8.根据权利要求7所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
在步骤3.2中，所述第三段绝热管与第四段绝热管交界点的热通量qr3包括电缆输送波谷容量下的热通量q′r3和电缆输送波峰容量下的波峰热通量q″r3。
9.根据权利要求7所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
在步骤3.3中，所述绝热管漏热量计算模型满足如下关系式：
Figure FDA0003798530870000041
式中，
Q′(θ)表示绝热管漏热量，
θ表示绝热管的圆周角，其范围为0≤θ≤2π，
a3、b3、a4、b4、a5、b5、a6和b6分别表示拟合系数。
10.根据权利要求1所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤1包括：
步骤1.1，利用热流传感器分别采集外容器当前检测点和绝热管当前检测点的热通量；
步骤1.2，利用信号线将热流传感器的输出端与纳伏表的输入端连接；
步骤1.3，在当前采样持续时间T内，每间隔一段时间Δt读取纳伏表输出的外容器当前检测点的电压值和绝热管当前检测点的电压值，并将电压值均存储在数据库中；
步骤1.4，在下一采样持续时间内，利用热流传感器分别采集外容器下一检测点和绝热管下一检测点的热通量，并重复步骤1.2和1.3。
11.根据权利要求10所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
所述采样持续时间T不小于1小时，每间隔一段时间Δt不大于T/3。
12.根据权利要求10所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
所述热流传感器使用导热胶带和/或导热银硅脂，紧贴于外容器外表面、绝热管外表面的检测点位置。
13.根据权利要求10所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
所述纳伏表的输出端还连接热流计算模块，该模块利用输出电压计算得到检测点的热流值；计算得到的热流值也存储到数据库中。
14.根据权利要求13所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
步骤1.3还包括：
从数据库中获取热流值，用于对外容器漏热量计算模型和绝热管漏热量计算模型进行修正。
15.超导电缆中间接头漏热测量及计算装置，适用于权利要求1至14任意一项所述的超导电缆中间接头漏热测量及计算方法，其特征在于，
所述测量及计算装置包括：热通量采集模块、外容器漏热量计算模块、绝热管漏热量计算模块；
所述热通量采集模块，用于在当前采样持续时间内，对外容器外表面不同区域的表面热通量和绝热管外表面不同区域的表面热通量进行实时测量：从低温恒温容器中外容器的左侧面到右侧面，在外容器轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿外容器外部圆周采集外容器的表面热通量，并且采集外容器左侧面和右侧面的表面热通量；从柔性绝热管的一端到另一端，在柔性绝热管轴线方向上，每间隔一定水平距离，沿柔性绝热管外部圆周采集柔性绝热管的表面热通量；
所述外容器漏热量计算模块，用于利用外容器外部圆周的表面热通量、外容器左侧面和右侧面的表面热通量，基于外容器漏热量计算模型，分别计算外容器外表面各区域的漏热量，得到超导电缆中间接头的总漏热量；
所述绝热管漏热量计算模块，用于利用柔性绝热管的表面热通量，基于绝热管漏热量计算模型，根据各测量区域内最大的热通量，得到绝热管的漏热量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1286166B (de) * 1966-06-24 1969-01-02 Siemens Ag Kryostat fuer Tieftemperaturkabel
DD249355A1 (de) * 1986-05-16 1987-09-02 Univ Schiller Jena Supraleitendes fixpunktelement
US5193909A (en) * 1992-05-12 1993-03-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Quantitative method for measuring heat flux emitted from a cryogenic object
JP4646441B2 (ja) * 2001-05-31 2011-03-09 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 カロリーメータ
FR2840986B1 (fr) * 2002-06-12 2004-09-10 Eric Esprimont Methode mettant en oeuvre des capteurs de flux de chaleur pour evaluer la puissance d'une reaction thermique a l'interieur d'une enceinte, et dispositif pour la mise en oeuvre d'une telle methode
RU2332647C1 (ru) * 2007-01-19 2008-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" Способ замера теплопритоков охлаждаемых ик-фотоприемников
JP5064433B2 (ja) * 2009-03-27 2012-10-31 新日本製鐵株式会社 容器内表面の熱流束の推定方法、装置及びプログラム
FR2965922B1 (fr) * 2010-10-12 2013-01-11 France Etat Ponts Chaussees Dispositif et methode d'identification de la conductivite et/ou de la capacite thermique d'une paroi
DK2698794T3 (en) * 2012-08-14 2017-10-23 Nexans Arrangement with at least one superconducting cable
CN105355319B (zh) * 2015-12-03 2018-01-19 中国电力科学研究院 一种用于超导电缆的低温恒温器
CN205981498U (zh) * 2016-08-26 2017-02-22 夏莉 一种低温绝热管道漏热量在线测量装置
CN108168738B (zh) * 2017-12-18 2023-06-02 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种实现超导磁体低温系统漏热量测量装置及其测量方法
CN108955953A (zh) * 2018-08-01 2018-12-07 江苏中天科技股份有限公司 一种超导装置的热损耗测量装置
CN110411602B (zh) * 2019-07-25 2020-10-16 深圳供电局有限公司 一种超导电缆局部发热点检测和定位方法
CN112484874B (zh) * 2020-10-27 2022-02-11 西安电子科技大学 一种传导冷却高温超导电缆温度传感结构及温度检测方法
CN113340472B (zh) * 2021-04-19 2022-09-27 国网上海市电力公司 超导电缆中间接头漏热测量及计算方法与装置

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