CN110429517A - 一种用于超导电缆敷设的装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于超导电缆敷设的装置及***。敷设装置包括至少一个电动滑轨、与一个电动滑轨相配合的电缆夹具。电动滑轨包括定滑轨和与定滑轨滑动连接的动滑轨，电动滑轨与控制器电连接，电动滑轨配置为根据控制器的指令控制动滑轨运动。电缆夹具包括底座，底座与动滑轨转动连接，电缆夹具还包括盖板，盖板可拆卸的与底座相连接，底座与盖板均设有与待夹持电缆相适配的凹槽。电缆夹具还包括隔离层，隔离层设置在底座以及所述盖板的凹槽内。本发明提出的敷设装置可以对超导电缆进行主动补偿，避免液氮灌输时，超导电缆收缩对超导电缆接头和终端产生极大损坏，影响电缆性能。

Description

一种用于超导电缆敷设的装置及***

技术领域

本发明实施例涉及电力技术，尤其涉及一种用于超导电缆敷设的装置及***。

背景技术

高温超导电缆以载流量大、损耗小等特点相较常规电缆有显著优势，其在电力***中应用越来越广泛。工程中需在室温状态下进行超导电缆的牵引与敷设并连接接头与电缆终端，然后在超导电缆绝热管内进行液氮灌输，使电缆冷却至工作温度，即77K，在此过程中温差达到200多℃。因低温冷却，超导电缆产生巨大的伸缩力，其收缩率一般约为0.3％。因此亟需一种电缆补偿装置。

现有技术中，在超导电缆上固定一套筒，套筒配有可折叠的连接臂，该连接臂一端固定连接在支座上，通过套筒减小超导电缆低温收缩时，电缆敷设方向上异常的位移量。但通过套筒难以补偿超导电缆弓形曲线区域的形变量，难以减小超导电缆低温收缩时，超导电缆上的收缩力。

发明内容

本发明提出一种用于超导电缆敷设的装置及***，对超导电缆进行主动补偿，避免液氮灌输时，超导电缆收缩对超导电缆接头和终端产生极大损坏，影响电缆性能。

本发明实施例一方面提出一种用于超导电缆敷设的装置，包括至少一个电动滑轨、与一个所述电动滑轨相配合的电缆夹具。所述电动滑轨包括定滑轨和与所述定滑轨滑动连接的动滑轨，所述电动滑轨与控制器电连接，所述电动滑轨配置为根据所述控制器的指令控制所述动滑轨运动。所述电缆夹具包括底座，所述底座与所述动滑轨转动连接，所述电缆夹具还包括盖板，所述盖板可拆卸的与所述底座相连接，所述底座与所述盖板均设有与待夹持电缆相适配的凹槽。

本发明实施例另一方面提出一种用于超导电缆敷设的***，包括至少一个电动滑轨、与一个所述电动滑轨相配合的电缆夹具。所述电动滑轨包括定滑轨和与所述定滑轨滑动连接的动滑轨，所述电动滑轨与控制器电连接，所述电动滑轨配置为根据所述控制器的指令控制所述动滑轨运动。所述电缆夹具包括底座，所述底座与所述动滑轨转动连接，所述电缆夹具还包括盖板，所述盖板可拆卸的与所述底座相连接，所述底座与所述盖板均设有与待夹持电缆相适配的凹槽。其中，待夹持电缆内部设有温度传感器，所述温度传感器与控制器电连接，所述温度传感器用于检测所述待夹持电缆线芯的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过可以接收控制指令的电动滑轨，使动滑轨可以运动指定的距离，达到主动补偿电缆收缩的目的，可以抵消液氮灌输的过程中，电缆内线芯对电缆内绝热波纹管内层产生的强大作用力，保证电缆内部的真空区不会被破坏。动滑轨上设置的电缆夹具可相对动滑轨转动，当电缆在与倾斜设置的电动滑轨发生相对移动时，电缆夹具会随着电缆的运动而被动旋转，使得收缩过程中，夹持点处的电缆不会出现异常折弯。

附图说明

图1是实施例中电缆敷设装置布设示意图；

图2是实施例中电缆夹具结构示意图；

图3是实施例中电缆结构示意图；

图4是实施例中另一种电缆敷设装置布设示意图；

图5是实施例中另一种电缆结构示意图；

图6是实施例中电缆敷设***结构示意图；

图7是实施例中控制器结构示意图；

图8是实施例中一种电缆敷设方式示意图；

图9是实施例中另一种电缆敷设方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是电缆敷设装置布设示意图，图2是电缆夹具结构示意图，参考图1和图2，本实施例提出一种用于超导电缆敷设的装置，包括至少一个电动滑轨1、与一个电动滑轨1相配合的电缆夹具2。电动滑轨1包括定滑轨11和与定滑轨11滑动连接的动滑轨12。电动滑轨1与控制器电连接，电动滑轨1配置为根据控制器的指令控制动滑轨12运动。电缆夹具2包括底座21，底座21与动滑轨12转动连接，电缆夹具2还包括盖板22，盖板22可拆卸的与底座21相连接，底座21与盖板22均设有与待夹持电缆3相适配的凹槽。

可选的，底座21的主体呈矩形平板结构，矩形平板结构的上方为一体成型的第一弧形槽板，第一弧形槽板的两侧向外延伸形成第一延伸部。盖板22为一第二弧形槽板，第二弧形槽板的两侧向外延伸形成第二延伸部，第一延伸部和第二延伸部上设有螺栓孔，螺栓孔用于配合螺栓25锁紧底座21和盖板22。

本实施例中，底座21主体的内部以及动滑轨12的上表面处设有定位孔，定位孔中设有连接轴23。通过连接轴23，例如销轴，使得电缆夹具2在销轴轴向可相对动滑轨12转动。借助可相对动滑轨12转动的电缆夹具2，可方便的将电动滑轨1设置在待夹持电缆3的任意位置，例如将电动滑轨1设置在与待夹持电缆3敷设方向(例如水平方向)垂直的位置，或者与待夹持电缆3敷设方向呈一定角度的位置。当电动滑轨1与待夹持电缆3敷设方向呈一定角度时，可旋转电缆夹具2，使底座21内凹槽的径向与夹持点位置处局部待夹持电缆3的轴向平行，保证将待夹持电缆3放入凹槽时，局部的待夹持电缆3不会发生折弯。在液氮灌输的过程中，当待夹持电缆3与电动滑轨1的相对位置发生变化时，电缆夹具2也会随着电缆3的运动而被动旋转，使得收缩过程中，夹持点处的局部待夹持电缆3不会出现异常折弯。

图3是电缆结构示意图，参考图3，待夹持电缆3包括三相超导电缆线芯31，绝热波纹管内层33，绝热波纹管外层34，塑料防护层35。绝热波纹管内层33与三相超导电缆线芯31之间的区域为液氮区32。绝热波纹管内层33和绝热波纹管外层34之间的区域为真空区36。在待夹持电缆3收缩过程中，可以在预设的时间点，通过控制器向电动滑轨1发送控制指令，使得动滑轨12运动一定距离，达到主动补偿待夹持电缆3收缩的目的，即抵消液氮灌输的过程中，待夹持电缆3线芯对绝热波纹管内层33产生的强大作用力，保证绝热波纹管内层33不会发生形变，真空区36不会被破坏。

可选的，电缆夹具2还包括隔离层26，隔离层26设置在底座21以及盖板22的凹槽内。隔离层26用于保护待夹持电缆3，制作隔离层26的材料优选氯丁橡胶。

实施例二

图4是另一种电缆敷设装置布设示意图，参考图4，本实施例采用多个电动滑轨对待夹持电缆3进行主动补偿，具体的，包括第一电动滑轨100，位于第一电动滑轨100两侧的第二电动滑轨101、第三电动滑轨102，第一电动滑100轨垂直于待夹持电缆3的敷设方向，第二电动滑轨101和第一电动滑轨100之间呈第一角度，第三电动滑轨102和第一电动滑轨100之间呈第二角度。通过在待夹持电缆3的弓形曲线区域布置多个电动滑轨，使待夹持电缆3的受力更加均匀，保证待夹持电缆3收缩时，按照理想的轨迹运动，确保待夹持电缆3收缩时，不会对待夹持电缆3的接头和终端设备产生极大损坏，影响电力***的性能。为了使待夹持电缆3低温收缩后，近似呈笔直的状态，因此在敷设的初始状态时，待夹持电缆3的中间位置，在与敷设方向相垂直的方向上有一折弯区，该折弯区左右两侧对称，该折弯区的端点处的局部电缆在敷设方向上接近笔直状态，该折弯区即为弓形曲线区域。

由于待夹持电缆3在收缩过程中，除弓形曲线区域顶点以外的夹持点在待夹持电缆3敷设方向以及与敷设方向垂直的方向上均有位移量，因此第二电动滑轨101、第三电动滑轨102并不垂直于待夹持电缆3的敷设方向，而是呈一定的角度v，该角度的计算公式如下：

参考图4，式中，k为第二电动滑轨101或第三电动滑轨102在待夹持电缆3弓形曲线区域的夹持点从初始状态到收缩完毕后，该夹持点在电缆3敷设方向的位移量，在本实施例中可根据敷设经验确定k的取值，R为待夹持电缆3初始状态时弓形曲线区域的曲率半径，c为第一电动滑轨与相邻电动滑轨上电缆夹具2中心轴的垂直距离。

当布设多个电动滑轨时，可以使用一个控制器连接多个电动滑轨，也可以使用多个控制器分别连接一个电动滑轨。通过控制器分别向每个电动滑轨发送控制指令。本实施例中，作为一种优选方案，第二电动滑轨101、第三电动滑轨102对称的设置在第一电动滑轨100的两侧。这样，第二电动滑轨101和第三电动滑轨102的控制指令相同，可以减少控制器中存贮的控制指令，也可以方便对电动滑轨的控制。

作为一种替换方案，可将第一电动滑轨100、第二电动滑轨101以及第三电动滑轨102替换为普通滑轨，普通滑轨与电缆夹具2转动连接，此时普通滑轨并不与控制器电连接，在待夹持电缆3收缩的过程中，普通滑轨可以起一定的被动引导作用，使待夹持电缆3在普通滑轨的布设方向上移动。在电缆夹具2的作用下，可以避免待夹持电缆3发生旋转。

实施例三

图5是另一种电缆结构示意图，参考图1、图2和图5，本实施例中提出一种用于超导电缆敷设的***，电动滑轨的布设方式以及电缆夹具2的结构与实施例一中记载的内容相同。待夹持电缆3包括三相超导电缆线芯31，绝热波纹管内层33，绝热波纹管外层34，塑料防护层35。绝热波纹管内层33与三相超导电缆线芯31之间的区域为液氮区32。绝热波纹管内层33和绝热波纹管外层34之间的区域为真空区36。待夹持电缆3内部设有温度传感器4，温度传感器4与控制器电连接，温度传感器4用于检测液氮区32的温度，将液氮区32当前的温度作为三相超导电缆线芯31的温度。

图6是电缆敷设***结构示意图，参考图6，温度传感器4优选光纤温度传感器41，光纤温度传感器41的光纤传导束设置在液氮区32内，光纤温度传感器41与测温PLC 42电连接，测温PLC 42用于将光信号转化为温度信号，测温PLC 42与作为控制器的上位机5电连接，上位机5用于向电动滑轨1发送控制指令。可选的，纤温度传感器41和测温PLC 42选用基恩士的数字光纤传感器。

本实施例中，控制器接收温度传感器4发送的液氮区32内的温度，并根据温度自动计算出电动滑轨1的位移量，通过该***可以实现电动滑轨1的自动控制，并能精确的生成主动补偿量，提高控制精度。

图7是实施例中控制器结构示意图，参考图7，可选的，作为控制器的上位机5包括角度计算模块51，角度计算模块51用于计算电动滑轨与待夹持电缆敷设方向夹角的角度。参考图4，计算电动滑轨与待夹持电缆敷设方向夹角的角度时，使用的公式包括：

式中，k为待夹持电缆3一端在敷设方向的收缩位移量，R为待夹持电缆3初始状态时弓形曲线区域的曲率半径，c为电动滑轨与经过所述弓形曲线区域顶点的轴线间的垂直距离，轴线垂直于待夹持电缆3的敷设方向。当将电动滑轨布设在弓形曲线区域的顶点时，使电动滑轨与待夹持电缆3敷设方向垂直，即使夹角α为90°。当电动滑轨布设在弓形曲线区域的其他位置时，首先确定k值，例如采用经验值，再计算出电动滑轨与待夹持电缆敷设方向夹角的角度。

控制器包括控制量计算模块52，控制量计算模块52用于根据线芯的温度计算出电动滑轨中动滑轨的位移量。参考图4，当只使用一个第一电动滑轨100，且第一电动滑轨100垂直于待夹持电缆3的敷设方向时，根据温度计算出第一电动滑轨100中动滑轨的位移量使用的公式包括：

其中s₁的计算公式包括：

其中α₁的计算公式为：

式中，q为比例系数，β为待夹持电缆3的膨胀系数，T为待夹持电缆3所处的环境温度(空气温度)，t为线芯的实时温度，即液氮区32当前的温度，c₁为第二预设点与第一电动滑轨100的垂直距离，k₁为待夹持电缆3从初始状态到收缩完毕后，第二预设点在待夹持电缆3敷设方向的收缩位移量，L₁为第一夹持点与第三预设点间局部待夹持电缆3的长度，其中第一夹持点为初始状态时第一电动滑轨100上电缆夹具的夹持点。

当只使用一个或多个第一电动滑轨100时，为保证弓形曲线区域整体受力均衡，将第一电动滑轨100设置在弓形曲线区域的顶点处，且使第一电动滑轨100与待夹持电缆3的敷设方向垂直。为了计算主动补偿量，在待夹持电缆3上选择一个第二预设点，例如弓形曲线区域内两个圆弧的切点，第二预设点上并不设置电缆夹具2，第二预设点只用于结合使用的第一电动滑轨100的位置确定出参数c₁。

图8是实施例中一种电缆敷设方式示意图，参考图8，当只使用一个第一电动滑轨100时，敷设时使弓形曲线区域两侧的待夹持电缆3对称，此时第三预设点为待夹持电缆3一端接头6(包括中间接头、终端接头)的的位置，此时q取值为1，即

S₁＝β(T-t)L₁

k₁的计算公式为：

式中，L₁为第一夹持点至第三预设点间待夹持电缆3的长度。

图9是实施例中另一种电缆敷设方式示意图，参考图9，当使用多个第一电动滑轨100时，敷设时使相邻两弓形曲线区域的形状相同，此时第三预设点为相邻两个第一夹持点中的一个第一夹持点，此时q取值为2，即

k₁的计算公式为：

式中，L₁为相邻两个第一夹持间待夹持电缆3的长度。采用图9所示的电缆敷设方式时，可以根据工程实际确定L₁的取值。示例性的，若场地条件良好，空间充裕，可以每隔100米设置一个第一电动滑轨100，即L₁的值为100；若场地条件受限，也可每隔200米甚至以上设置一个第一电动滑轨100。

参考图4作为一种优选方案，***还包括对称的设置在第一电动滑轨100两侧的第二电动滑轨101、第三电动滑轨102，计算第二电动滑轨101或第三电动滑轨102中动滑轨的位移量时，使用的公式包括：

其中s₂的计算公式包括：

其中α₂的计算公式为：

式中，q为比例系数，β为待夹持电缆3的膨胀系数，T为待夹持电缆3所处的环境温度，t为线芯的实时温度，即液氮区32当前的温度，L₁为第一夹持点与第三预设点间局部待夹持电缆3的长度，c₂为第二夹持点与第一电动滑轨100的垂直距离，k₂为待夹持电缆3从初始状态到收缩完毕后，第二夹持点在待夹持电缆3敷设方向的收缩位移量，其中第二夹持点为初始状态时第二电动滑轨101或第三电动滑轨102上电缆夹具的夹持点。作为一种优选方案，第二夹持点的确定方式为选取弓形曲线区域内两个圆弧的切点作为第二夹持点。

当待夹持电缆3上布设一组电动滑轨，即一个第一电动滑轨100、一个第二电动滑轨101和一个第三电动滑轨102时，或者待夹持电缆3上布设多组电动滑轨时，k₂的计算方式与k₁相同，在此不再赘述。

为了实现待夹持电缆3由常温状态至完全冷却状态过程的精准补偿，确保弓形曲线区域整体受力均衡，待夹持电缆3不因收缩力导致本体损坏，因此在一组电动滑轨中包括多个对称设置的电动滑轨，在实际应用中根据需要可以调整一组电动滑轨中使用电动滑轨的个数。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种用于超导电缆敷设的装置，其特征在于，包括至少一个电动滑轨、与一个所述电动滑轨相配合的电缆夹具，

所述电动滑轨包括定滑轨和与所述定滑轨滑动连接的动滑轨，所述电动滑轨与控制器电连接，所述电动滑轨配置为根据所述控制器的指令控制所述动滑轨运动；

所述电缆夹具包括底座，所述底座与所述动滑轨转动连接，所述电缆夹具还包括盖板，所述盖板可拆卸的与所述底座相连接，所述底座与所述盖板均设有与待夹持电缆相适配的凹槽。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电缆夹具还包括隔离层，所述隔离层设置在所述底座以及所述盖板的凹槽内。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括第一电动滑轨，位于所述第一电动滑轨两侧的第二电动滑轨、第三电动滑轨，所述第一电动滑轨垂直于所述待夹持电缆的敷设方向，所述第二电动滑轨和所述第一电动滑轨之间呈第一角度，所述第三电动滑轨和所述第一电动滑轨之间呈第二角度。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二电动滑轨、所述第三电动滑轨对称的设置在所述第一电动滑轨的两侧。

5.一种用于超导电缆敷设的***，包括权利要求1所述的超导电缆敷设的装置，其特征在于，待夹持电缆内部设有温度传感器，所述温度传感器与控制器电连接，所述温度传感器用于检测所述待夹持电缆线芯的温度。

6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述控制器包括：

角度计算模块，用于计算电动滑轨与所述待夹持电缆敷设方向夹角的角度。

7.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述控制器还包括：

控制量计算模块，用于根据所述线芯的温度计算出所述电动滑轨中动滑轨的位移量。

8.如权利要求6所述的***，其特征在于，计算所述电动滑轨与所述待夹持电缆敷设方向夹角的角度时，使用的公式包括：

式中，k为所述待夹持电缆一端在敷设方向的收缩位移量，R为所述待夹持电缆初始状态时弓形曲线区域的曲率半径，c为所述电动滑轨与经过所述弓形曲线区域顶点的轴线间的垂直距离，所述轴线垂直于所述待夹持电缆的敷设方向。

9.如权利要求7所述的***，其特征在于，所述***包括第一电动滑轨，所述第一电动滑轨垂直于所述待夹持电缆的敷设方向，根据所述温度计算出所述电动滑轨中动滑轨的位移量包括：

计算所述第一电动滑轨中动滑轨的位移量时，使用的公式包括：

其中s₁的计算公式包括：

其中α₁的计算公式为：

式中，q为比例系数，β为所述待夹持电缆的膨胀系数，T为所述待夹持电缆所处的环境温度，t为所述线芯的实时温度，c₁为第二预设点与所述第一电动滑轨的垂直距离，k₁为待夹持电缆从初始状态到收缩完毕后，第二预设点在所述待夹持电缆敷设方向的收缩位移量，L₁为第一夹持点与第三预设点间局部所述待夹持电缆的长度，其中所述第一夹持点为初始状态时所述第一电动滑轨上电缆夹具的夹持点。

10.如权利要求9所述的***，其特征在于，所述***还包括对称的设置在所述第一电动滑轨两侧的第二电动滑轨、第三电动滑轨，计算所述第二电动滑轨或所述第三电动滑轨中动滑轨的位移量时，使用的公式包括：

其中s₂的计算公式包括：

其中α₂的计算公式为：

式中，q为比例系数，β为所述待夹持电缆的膨胀系数，T为所述待夹持电缆所处的环境温度，t为所述线芯的实时温度，L₁为第一夹持点与第三预设点间局部所述待夹持电缆的长度，c₂为第二夹持点与所述第一电动滑轨的垂直距离，k₂为待夹持电缆3从初始状态到收缩完毕后，所述第二夹持点在待夹持电缆敷设方向的收缩位移量，其中所述第二夹持点为初始状态时所述第二电动滑轨或所述第三电动滑轨上电缆夹具的夹持点。