CN111987685B - 超导电缆的终端结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导电缆的终端结构，包括设置在终端套管内的电流引出管，电流引出管的一端与超导电缆导电连接，电流引出管的另一端从终端套管的端部露出成为裸露端，电流引出管的内部设有空腔，电流引出管的裸露端设有与所述空腔相连通的引出孔，引出孔上设有密封盖，所述电流引出管的空腔中穿设有信号引线，所述信号引线的末端从所述密封盖中引出。本发明既保证超导电缆终端的电场均衡，又实现了信号引线从低温、高电压、高压力环境的引出，可在超导电缆***挂网投运的条件下实现对电缆导体温度的测量和高压区域的其他非电量测量。

Description

超导电缆的终端结构

技术领域

本发明涉及超导电缆，具体涉及超导电缆的终端结构。

背景技术

超导电缆是采用超导材料制作而成的电力电缆，用于传输高密度电能，同时具有电阻低、损耗小、环保等优点。超导材料是否处于超导态，是超导电缆安全运行最关键的指标，当超导材料处于深度超导态时，其传输电能的能力最强，也可以认定超导电缆基本处于安全态。监测超导材料是否为超导态的最直接方法就是测量导体层超导材料的温度，然而超导电缆的超导材料及低温绝缘等的特性对低温、高电压、高压力等运行环境的硬性要求，很难在导体层或高电压区域布置测温传感器，并将信号引线引出到外部常温环境。

随着超导电缆技术的应用和发展，在超导电缆中布设各类探头或传感器对超导电缆的状态进行实时监测，也成为越来越迫切的需求，但这些探头或传感器如何布置，特别是它们的信号引线如何从低温、高电压、高压力环境下引出，仍然没有很好的解决方案。

中国发明专利CN109855759B公开了一种高温超导电缆温度测量***，在超导电缆制作时预先将光纤安装到超导电缆之中，并将热电阻布置在超导电缆终端(终端冷却***)，组成光纤测温与热电阻测温复合测温部件，以测量高温超导电缆沿线温度和终端冷却***温度。但该专利未提及如何将低温光纤和热电阻的信号引线从低温、高电压、高压力环境下引出。

中国发明专利申请CN103247995A，公开了一种超导电缆的终端结构，包括一中空管状的导体引出棒，导体引出棒可以将电流引入或引出超导电缆，并且利用液氮使中空管状的导体引出棒从内部冷却，能够可靠地防止热量从常温区域通过该导体引出棒流入超低温的超导电缆中。导体引出棒的用途仅仅局限于优化电流引管的传热性能，也未涉及信号引线的引出方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够可靠地引出信号引线的超导电缆的终端结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超导电缆的终端结构，包括设置在终端套管内的电流引出管，电流引出管的一端与超导电缆导电连接，电流引出管的另一端从终端套管的端部露出成为裸露端，电流引出管的内部设有空腔，电流引出管的裸露端设有与所述空腔相连通的引出孔，引出孔上设有密封盖，所述电流引出管的空腔中穿设有信号引线，所述信号引线的末端从所述密封盖中引出。

优选地，所述超导电缆包括导体层和设置在导体层外面的绝缘层，超导电缆的端部位于终端套管内，导体层的端部从绝缘层中露出，所述电流引出管通过连接器与所述导体层相连接。

更优地，在所述连接器的外面套有均压罩。

更优地，所述信号引线与热电阻或热电偶相连接，所述热电阻或热电偶设置在终端套管内导体层的端部。

更优地，所述信号引线与位于密封盖外面的采集模块相连接，所述采集模块与一控制模块信号连接。

更优地，所述采集模块与一无线模块相连接，所述控制模块与一接收模块相连接。

更优地，所述终端套管的端部设有均压环，所述采集模块和无线模块设置在均压环的内侧。

更优地，所述导体层包括支撑导体和由超导带材构成的超导层，所述信号引线与测温光纤相连接，所述测温光纤与超导带材并行缠绕在支撑导体的外侧。

更优地，所述信号引线与位于密封盖外的分布式光纤测量器相连接。

更优地，所述超导层包括同轴布置的第一超导层、第二超导层和第三超导层，第一超导层、第二超导层和第三超导层的端部从内到外依次错层布置，并分别与第一电流引出管、第二电流引出管和第三电流引出管导电连接；第一超导层、第二超导层和第三超导层内分别设有第一测温光纤、第二测温光纤和第三测温光纤，与第一测温光纤、第二测温光纤和第三测温光纤相连接的第一信号引线、第二信号引线和第三信号引线分别穿设在第一电流引出管、第二电流引出管和第三电流引出管的空腔中；第一超导层、第二超导层和第三超导层的外面分别设有第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层。

本发明超导电缆的终端结构，采用空心的电流引出管，电流引出管的空腔中穿设有信号引线，用于连接监测超导电缆状态的传感器，由于电流引出管的空腔中填充有液氮，并在上部的常温段形成汽化氮，实现了电力电流和传感器信号从低温、高电压、高压力环境到外部常温、常压环境的可靠传输。本发明既保证超导电缆终端的电场均衡，又实现了信号引线的引出，可在超导电缆***挂网投运的条件下实现对电缆导体温度的测量和高压区域的其他非电量测量。

本发明可实现对超导电缆和超导电缆终端内部低温、高电压、高压力环境下重点组件的温度测量，或者沿超导电缆长度分布的温度测量和振动测量，并且有效维持了超导电缆终端内部电场的均衡稳定，降低了由高电压区到低电压跨接所带来的电气击穿风险，使得超导电缆最核心的超导材料的温度监控成为可能，能够采集和监测到超导电缆***的核心运行参数，极大地保障了超导电缆***的安全运行。

附图说明

图1是本发明一种超导电缆的终端结构的示意图。

图2是本发明中信号引线的一种引出方式示意图。

图3是本发明中所涉及的一种超导电缆的横截面示意图。

图4是本发明中信号引线的另一种引出方式示意图。

图5是本发明中一种密封盖的结构示意图。

图6是本发明一种三相同轴超导电缆的终端结构的示意图。

图7是本发明中所涉及的一种三相同轴超导电缆的横截面示意图。

图中：

I常温段

II过渡段

III低温段

1、电流引出管

2、信号引线

3、热电阻或热电偶

4、密封盖

5、终端套管

7、超导电缆

8、连接器

9、均压罩

10、空腔

11、接线端子

12、裸露端

13、引出孔

40、密封圈

41、盖板

42、引出端

43、绝缘密封

51、均压环

61、采集模块

62、电源模块

63、无线模块

64、电流感应线圈

65、接收模块

66、控制模块

67、连接光纤

68、分布式光纤测量器

70、导体层

71、支撑导体

72、超导层

73、测温光纤

74、绝缘层

75、保护层

76、应力锥

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明一种超导电缆的终端结构，包括设置在超导电缆7末端的终端套管5，终端套管5内设有电流引出管1，电流引出管1的内部设有空腔10，所述电流引出管的空腔中10穿设有信号引线2，电流引出管1的一端与超导电缆7导电连接，电流引出管1的另一端从终端套管5的上端露出成为裸露端，裸露端上设有接线端子11，用于连接常规电缆或电力母线。终端套管5从上到下依次可以分为常温段I、过渡段II和低温段III，在终端套管5的低温段III填充有低温介质，比如液氮，电流引出管1的空腔10内也部分地填充液氮，从而可以避免电流引出管1将外部的热量传导给超导电缆7。

如图2所示，电流引出管1的裸露端12设有与空腔10相连通的引出孔13，引出孔13上设有密封盖4，所述信号引线2的末端从密封盖4中引出。

参照图1，超导电缆7包括导体层70和设置在导体层外面的绝缘层74，导体层70一般包括支撑导体和超导层，超导电缆7的端部位于终端套管5内，绝缘层74从应力锥76的后端露出，导体层70的端部又从绝缘层74的后端露出，电流引出管1通过连接器8与导体层70相连接。信号引线2与热电阻或热电偶3相连接，所述热电阻或热电偶3设置在终端套管内导体层70的端部，可用于对导体层70或导体层70与连接器8相连接的部位进行温度测量。为了均衡电场，在连接器8的外面套有均压罩9，热电阻或热电偶3也设置于均压罩9内部。

参照图2，热电阻或热电偶(或其它类型传感器)产生的电信号通过信号引线2从低温、高电压、高压力的低温段传输到超导电缆终端外部的常温、常压环境。因此，信号引线2的末端从密封盖4中引出后，可以与位于密封盖4外面的采集模块61相连接，采集模块61与一控制模块66信号连接。在一优选方案中，采集模块61与一无线模块63相连接，无线模块63优选为wifi模块，而控制模块66则与一接收模块65相连接。这样，采集模块61采集到的传感器信号可以有通过无线通讯的方式传输给远端零电位、安全区的控制模块66。控制模块66处理采集到的信号，并向上传递给超导电缆监控***，以评估和识别超导电缆的运行状态。在终端套管5的端部设有均压环51，上述采集模块61和无线模块63设置在均压环51的内侧。另外，可以在电流引出管1的外面套设电流感应线圈64，产生感应电流传输给电源模块62，电源模块62为采集模块61和无线模块63提供工作电源。

结合参照图5，上述密封盖4包括一块可以固定在电流引出管的引出孔13上的盖板41，盖板41与电流引出管1之间设有密封圈40；一根或多根引出端42穿过盖板41，向内用于与信号引线2相连接，向外用于与采集模块61相连接；绝缘密封43用于将引出端42密封固定在盖板41上，绝缘密封43比如可以采用玻璃烧结工艺制作。

在本发明的另一实施例中，超导电缆内还设有测温光纤，可以对超导电缆全长度范围内的温度分布进行测量。如图3所示，超导电缆由内到外依次包括导体层、绝缘层74和保护层75，其中导体层又包括支撑导体71和由超导带材构成的超导层72，在支撑导体71的外面设有测温光纤73，测温光纤73与超导带材并行缠绕在支撑导体71的外侧。

如图4所示，跟上述测温光纤73相连接的信号引线2也采用光纤，测温光纤73与信号引线2可以通过熔纤机进行熔接，信号引线2穿过密封盖4，并通过连接光纤67与远端零电位、安全区的分布式光纤测量器68相连接，分布式光纤测量器68处理和解析采集到的光纤信号，并将采集到的信号向上传递给超导电缆监控***，以评估和识别超导电缆的运行状态。这样，测温光纤73中的光信号通过信号引线2从低温、高电压、高压力的低温段传输到超导电缆终端外部的常温、常压环境。测温光纤73和分布式光纤测量器68采用的拉曼测温原理为公知技术。

再结合图5所示，当采用测温光纤作为测温传感器时，信号引线及图5中的引出端42均为光纤，绝缘密封43可以采用聚烯烃。

本发明亦可应用于三相同轴超导电缆。如图7所示，从横截面观察，三相同轴超导电缆从内到外依次包括同轴布置的支撑导体71、第一超导层72A、第一绝缘层74A、第二超导层72B、第二绝缘层74B、第三超导层72C、第三绝缘层74C和保护层75。在第一超导层72A内，第一测温光纤73A与超导带材并行缠绕在支撑导体71的外侧；在第二超导层72B内，第二测温光纤73B与超导带材并行缠绕在第一绝缘层74A的外侧；在第三超导层72C内，第三测温光纤73C与超导带材并行缠绕在第二绝缘层74B的外侧。

如图6所示，在超导电缆7的终端，第一超导层72A、第二超导层72B和第三超导层72C的端部从内到外依次错层布置，即第一超导层72A、第二超导层72B和第三超导层72C依次缩短，第一超导层72A与第一电流引出管1A通过第一连接器8A导电连接，第二超导层72B与第二电流引出管1B通过第二连接器8B导电连接，第三超导层72C与第三电流引出管1C通过第三连接器8C导电连接；第一电流引出管1A、第二电流引出管1B和第三电流引出管1C沿超导电缆7的长度方向依次并排设置。第一超导层72A内嵌的第一测温光纤73A与第一信号引线2A相连接；第二超导层72B内嵌的第二测温光纤73B与第二信号引线2B相连接；第三超导层72C内嵌的第三测温光纤73C与第三信号引线2C相连接；第一信号引线2A、第二信号引线2B和第三信号引线2C均为光纤并分别穿设在第一电流引出管1A、第二电流引出管1B和第三电流引出管1C的空腔中，并可通过各自的密封盖(未示出)引出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超导电缆的终端结构，包括设置在终端套管（5）内的电流引出管（1），电流引出管（1）的一端与超导电缆（7）导电连接，电流引出管（1）的另一端从终端套管（5）的端部露出成为裸露端（12），电流引出管（1）的内部设有空腔（10），其特征是，电流引出管（1）的裸露端（12）设有与所述空腔（10）相连通的引出孔（13），引出孔（13）上固定有密封盖（4），所述电流引出管的空腔（10）中穿设有信号引线（2），所述信号引线（2）的末端从所述密封盖（4）中引出，密封盖（4）包括一块可以固定在电流引出管（1）的引出孔（13）上的盖板（41），盖板（41）与电流引出管（1）之间设有密封圈（40）；盖板（41）与信号引线（2）之间设有绝缘密封（43），所述超导电缆（7）包括导体层（70）和设置在导体层（70）外面的绝缘层（74），超导电缆（7）的端部位于终端套管（5）内，导体层（70）的端部从绝缘层（74）中露出，所述电流引出管（1）通过连接器（8）与所述导体层（70）相连接，所述信号引线（2）与热电阻或热电偶（3）相连接，所述热电阻或热电偶（3）设置在终端套管（5）内导体层（70）的端部，所述信号引线（2）与位于密封盖（4）外面的采集模块（61）相连接，所述采集模块（61）与一控制模块（66）信号连接，所述采集模块（61）与一无线模块（63）相连接，所述控制模块（66）与一接收模块（65）相连接。

2.根据权利要求1所述的超导电缆的终端结构，其特征是，在所述连接器（8）的外面套有均压罩（9）。

3.根据权利要求1所述的超导电缆的终端结构，其特征是，所述终端套管（5）的端部设有均压环（51），所述采集模块（61）和无线模块（63）设置在均压环（51）的内侧。

4.根据权利要求1所述的超导电缆的终端结构，其特征是，所述导体层（70）包括支撑导体（71）和由超导带材构成的超导层（72），所述信号引线（2）与测温光纤（73）相连接，所述测温光纤（73）与超导带材并行缠绕在支撑导体（71）的外侧。

5.根据权利要求4所述的超导电缆的终端结构，其特征是，所述信号引线（2）与位于密封盖（4）外的分布式光纤测量器（68）相连接。

6.根据权利要求4所述的超导电缆的终端结构，其特征是，所述超导层（72）包括同轴布置的第一超导层（72A）、第二超导层（72B）和第三超导层（72C），第一超导层（72A）、第二超导层（72B）和第三超导层（72C）的端部从内到外依次错层布置，并分别与第一电流引出管（1A）、第二电流引出管（1B）和第三电流引出管（1C）导电连接；第一超导层（72A）、第二超导层（72B）和第三超导层（72C）内分别设有第一测温光纤（73A）、第二测温光纤（73B）和第三测温光纤（73C），与第一测温光纤（73A）、第二测温光纤（73B）和第三测温光纤（73C）相连接的第一信号引线(2A)、第二信号引线(2B)和第三信号引线(2C)分别穿设在第一电流引出管（1A）、第二电流引出管（1B）和第三电流引出管（1C）的空腔中；第一超导层（72A）、第二超导层（72B）和第三超导层（72C）的外面分别设有第一绝缘层（74A）、第二绝缘层（74B）和第三绝缘层（74C）。

Images