CN1329929C - 组合式超导电缆 - Google Patents

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田波
马作伟
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Abstract

本发明涉及一种组合式超导电缆，该组合式超导电缆为三相交流组合式超导电缆或直流正负两极组合式超导电缆，分别由单相或单极组合式超导电缆组成，其中，单相或单极组合式超导电缆包括：两根或两根以上超导电缆本体，各超导电缆本体相互并列；至少一对终端，置于超导电缆本体的两端，终端的个数小于等于超导电缆本体根数的两倍；在所述的超导电缆本体和终端之间形成冷却剂的循环通道。本发明可提高超导电缆系统的可靠性，实现超导电缆设计和制造的简易化、通用化和系列化，方便现场安装、维护和检修，并能更为灵活地实现各种应用。

Description

组合式超导电缆
技术领域
本发明涉及一种超导电缆的电力工程应用技术，特别是一种涉及大电流超导电缆的工程组合布置设计和冷却剂的循环系统设计的组合式超导电缆。
背景技术
高温超导电缆技术的发展已有十余年的历史。与常规电缆相比，超导电缆具有损耗低、容量大、体积小和无污染等几个方面的优势。超导电缆的运行条件与常规电缆有很大的差异，所以与之配套的附件也与常规电缆的附件有很大区别。高温超导电缆的附件由两个部分组成，一个是制冷系统，另一个是电缆终端。
目前，世界上已经投入电网运行的超导电缆有三组，分别由丹麦NKT公司、美国Southwire公司和北京云电英纳超导电缆有限公司制造生产。这三组电缆均为三相交流电力传输用电缆，每相均采用单根额定电流的超导电缆。
由于目前超导电缆的造价还很高，超导电缆输电线路的初投资规模巨大，加上超导电缆的工业化生产能力还不高，所以超导电缆的大规模应用还需十年或更长的时间。但在下面几个方面超导电缆有可能很快显示出优势，并在近期得到应用：
1)城市密集居住区，摩天大厦，常规电缆容量不够，没有更大电缆的空间；
2)金属冶炼设备等大电流、短距离、小空间的应用中；
3)电站和变电站内大电流传输母线；
4)电力需求迅猛发展的大城市，要求的供电容量不断扩大，由于城市的拥挤和开挖成本高昂，无法扩大电缆铺设范围，借助超导电缆，可以在原有的管道内更换，使供电容量提高3-5倍。
超导电缆的特性和结构决定了其应用于大电流或长距离大容量电力传输时，经济效益将最为明显。这是因为超导电缆的导体必须在绝热的恒温器内并处于转变温度之下才能无电阻地传输电能，因此超导电缆的尺寸有一个最小的临界值，而不会无限制地减小。超导电缆及其配套的制冷系统的损耗也有一个最小的极限值。
本发明的申请人曾于2004年3月5日申请了中国发明专利“混合式超导输电电缆”，申请号：200410007498.0，在相同传输容量下，与现有超导电缆相比，简化超导电缆制造工艺，降低超导电缆制造成本，且增大超导电缆导体的机械强度，提高超导电缆失超保护能力。但是，对于大电流电力传输，相对于损耗较高的传统的大电流母线，需要设计更为实用、造价较低、维护简易的超导电缆。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种组合式超导电缆，以实现大电流的传输，即通过多根容量相对较小的超导电缆组合为一相或一极来实现较大电流的传输，并通过设计不同的冷却剂循环通道以达到较为可靠、作用更好的冷却效果。提高超导电缆系统的可靠性，实现超导电缆设计和制造的简易化、通用化和系列化，方便现场安装、维护和检修，并能更为灵活地实现各种应用。
为达上述目的，本发明提供一种组合式超导电缆，该组合式超导电缆为三相交流组合式超导电缆或直流正负两极组合式超导电缆，分别由单相或单极组合式超导电缆组成，其中，单相或单极组合式超导电缆包括：
两根或两根以上超导电缆本体，各超导电缆本体相互并列；
至少一对终端，置于超导电缆本体的两端，终端的个数小于等于超导电缆本体根数的两倍；
在所述的超导电缆本体和终端之间形成冷却剂的循环通道。
所述的单相或单极组合式超导电缆中的超导电缆本体的根数为2～10根。
所述的冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环。
所述的冷却剂的循环通道中的冷却剂在相间或极间循环。
本发明的效果在于：
1)本发明采用组合式超导电缆以实现大电流的传输，可提高超导电缆系统的可靠性。如果单相采用一根超导电缆，当该电缆出现故障不能继续运行时，则超导电缆只能停止传输电能，这对大型发电机组或金属冶炼炉的运行来说是十分危险的，而且会引起大量的直接和间接经济损失。如采用双分裂超导电缆，则当某根超导电缆故障时，通过及时切除该故障电缆，发电机组则至少还可输出50％以上的电能，金属冶炼炉还可获得50％以上的电流，不会引起停机或停炉。如采用三分裂或四分裂及以上的超导电缆时，当某根超导电缆故障并被切除后，系统可传输的电能将分别大于67％、75％及以上。
2)采用组合式超导电缆以实现大电流的传输，可使超导电缆设计制造系列化、通用化。用一定容量的超导电缆可组合为多种不同容量的产品，使电缆本体的设计简化；由于产品系列的减少，生产设备尤其是像挤塑绝缘模具及设备等的投资减少，电缆用于维护更换的备品备件投入减少，因更换引起的投资及时间都相应减少。
3)采用组合式超导电缆，冷却剂的循环冷却通道设计更为灵活，可根据现场要求、电流大小和绝缘等级等采取不同的方案。
附图说明
图1为本发明第一个实施例的示意图；
图2为本发明第二个实施例的示意图；
图3为本发明第三个实施例的示意图；
图4为本发明第四个实施例的示意图；
图5为本发明第五个实施例的示意图；
图6为本发明第六个实施例的示意图；
图7为本发明第七个实施例的示意图。
图中符号说明
1  超导电缆本体
2  超导电缆终端
3  流通于超导电缆本体和终端内部的冷却剂循环通道及其流向
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。
本发明所提供的组合式超导电缆，其为三相交流组合式超导电缆或直流正负两极组合式超导电缆，分别由单相或单极组合式超导电缆组成，其中，单相或单极组合式超导电缆包括：
两根或两根以上超导电缆本体1，各超导电缆本体1相互并列；
至少一对终端2，置于超导电缆本体1的两端，终端2的个数小于等于超导电缆本体1根数的两倍；
在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。
所述的单相或单极组合式超导电缆中的超导电缆本体1的根数为2～10根。
所述的冷却剂的循环通道3中的冷却剂在单相或单极内循环。
所述的冷却剂的循环通道3中的冷却剂在相间或极间循环。
图1所示为本发明第一个实施例的示意图，又称为“两本体四终端、单相/单极内循环组合式超导电缆”，其表示一种单相、单极组合式超导电缆，其包括：两根超导电缆本体1，该两根超导电缆本体1相互并列；两对终端2，置于两根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为四个，等于超导电缆本体1根数的两倍，即为四；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环，如图中图标3所示的流向。
图2所示为本发明第二个实施例的示意图，又称为“三本体六终端、单相/单极内循环组合式超导电缆”，其表示另一种单相、单极组合式超导电缆，其包括：三根超导电缆本体1，该三根超导电缆本体1相互并列；三对终端2，置于三根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为六个，等于超导电缆本体1根数的两倍，即为六；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环，如图中图标3所示的流向。
图3所示为本发明第三个实施例的示意图，又称为“四本体八终端、单相/单极内循环组合式超导电缆”，其表示又一种单相、单极组合式超导电缆，其包括：四根超导电缆本体1，该四根超导电缆本体1相互并列；四对终端2，置于四根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为八个，等于超导电缆本体1根数的两倍，即为八；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环，如图中图标3所示的流向。
图4所示为本发明第四个实施例的示意图，又称为“直流双极、单极三本体六终端、极间循环组合式超导电缆”，其表示一种直流正负两极组合式超导电缆，正负两极各用三根超导电缆本体1组合而成，其每一单极各包括三根超导电缆本体1，该三根超导电缆本体1相互并列；三对终端2，置于三根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为6个，等于超导电缆本体1根数的两倍，即为6；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在极间循环，如图中图标3所示的流向，在图中上面一极三根超导电缆本体1中冷却剂自左流向右，然后在图中下面一极三根超导电缆本体1中冷却剂连续自右流向左。
图5所示为本发明第五个实施例的示意图，又称为“两本体两终端、单相/单极内循环组合式超导电缆”，其表示再一种单相、单极组合式超导电缆，其包括：两根超导电缆本体1，该两根超导电缆本体1相互并列；一对终端2，置于两根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为两个，小于超导电缆本体1根数的两倍，即为二，两根超导电缆本体1的左端公用一个终端2，两根超导电缆本体1的右端公用另一个终端2；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环，如图中图标3所示的流向。
图6所示为本发明第六个实施例的示意图，又称为“三相交流、单相三本体六终端、相间循环组合式超导电缆”，其表示另一种三相交流组合式超导电缆，其每一单相包括：三根超导电缆本体1，该三根超导电缆本体1相互并列；三对终端2，置于三根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为六个，等于超导电缆本体1根数的两倍，即为六，在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在相间循环，如图中图标3所示的流向，在图中上面一相三根超导电缆本体1中冷却剂自左流向右；在图中下面一相三根超导电缆本体1中冷却剂也是自左流向右；然后该两相的冷却剂汇合在图中中间一相三根超导电缆本体1中连续自右流向左。
图7所示为本发明第七个实施例的示意图，又称为“两本体三终端、单相/单极内循环组合式超导电缆”，其表示另外一种单相、单极组合式超导电缆，其包括：两根超导电缆本体1，该两根超导电缆本体1相互并列；三个终端2，分别置于两根超导电缆本体1的两端，终端2的个数为三个，小于超导电缆本体1根数的两倍，即为三，其中两根超导电缆本体1的右端公用一个终端2，两根超导电缆本体1的左端各自用一个终端2；在所述的超导电缆本体1和终端2之间形成冷却剂的循环通道3。冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环，如图中图标3所示的流向。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围，当然，还可以列举更多的组合式超导电缆的不同组合的实施例，凡其它未脱离本发明技术特征下所完成的等效改变的实施例，均应包含在权利要求书的范围内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种组合式超导电缆，其特征在于，该组合式超导电缆为三相交流组合式超导电缆或直流正负两极组合式超导电缆，分别由单相或单极组合式超导电缆组成，其中，单相或单极组合式超导电缆包括：
两根或两根以上超导电缆本体，各超导电缆本体相互并列；
至少一对终端，置于超导电缆本体的两端，终端的个数小于等于超导电缆本体根数的两倍；
在所述的超导电缆本体和终端之间形成冷却剂的循环通道。
2.根据权利要求1所述的组合式超导电缆，其中，所述的单相或单极组合式超导电缆中的超导电缆本体的根数为2～10根。
3.根据权利要求1所述的组合式超导电缆，其中，所述的冷却剂的循环通道中的冷却剂在单相或单极内循环。
4.根据权利要求1所述的组合式超导电缆，其中，所述的冷却剂的循环通道中的冷却剂在相间或极间循环。
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