[發明專利]超導電纜預冷過程的介損及電容監測方法

在審

• 申請號: 202210314877.2
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114814375A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 李紅雷;姚周飛;魏本剛;賀林;肖嶸
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;華東電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種超導電纜預冷過程的介損及電容監測方法，包括：在冷卻前對超導電纜進行抽真空以及吹掃處理；通過依次注入低溫氮氣、低溫液氮以及開啟制冷機，對超導電纜進行冷卻處理，同時控制預冷速度；在吹掃和冷卻過程中對超導電纜進行工頻50Hz下的電容及介損測試，以分別得到吹掃階段、冷卻階段超導電纜電容值和介損tanδ的變化數據；根據吹掃階段、冷卻階段超導電纜電容值和介損tanδ的變化數據，分析得到超導電纜預冷過程中內部狀態變化信息。與現有技術相比，本發明能夠真實反映超導電纜在預冷中的內部狀態變化，確保超導電纜能夠在預冷過程中實現溫度的平穩過渡、有效防止由于溫度劇烈變化造成電纜損壞、確保預冷能夠徹底完成。

技術領域

本發明涉及超導電纜檢測技術領域，尤其是涉及一種超導電纜預冷過程的介損及電容監測方法。

背景技術

高溫超導(High-Temperature Superconducting，HTS)電纜是采用無阻的、能傳輸高電流密度的超導材料作為導電體并能傳輸大電流的一種電力設施，具有結構緊湊、損耗低和傳輸容量大的優點，可以實現低損耗、大容量輸電。目前，高溫超導電纜在國內外的相關試驗和運行經驗非常少，整體技術在全球范圍內處于掛網示范、少量商業應用的階段。

超導電纜系統由電纜本體、電纜附件、制冷系統、檢測保護系統四個主要部分組成，高溫超導電纜一般用液氮(77K，即-196℃)作為冷卻介質和絕緣介質。高溫超導電纜內部，在具有柔性的電纜骨架上，無間隙地螺旋纏繞多層高溫超導帶材，組成超導導體層，是傳輸電流的傳導部分；超導體外還纏繞絕緣層和屏蔽層；為了使電纜內液氮處于超導體的臨界溫度(77K)，必須具有絕熱性能優良的絕熱管。因此，高溫超導電纜通常由超導體層、絕緣層、屏蔽層和絕熱管等組成，絕緣層是在超導體的外面纏繞7mm的聚丙烯層壓紙(polypropylene laminated paper,PPLP)形成。PPLP是由多孔的紙漿材料同聚丙烯(PP)膜壓制而成，具有良好的浸漬性能，可有效地防止氣隙的產生從而減小局部放電的發生；而PP薄膜具有較高的電氣強度，低溫下具有良好的機械性能。

超導電纜系統從常溫態到超導態(液氮溫度)的過程稱為系統預冷，預冷是電纜投運前必須經歷的過程，一方面用于清除系統內雜質，另一方面用于測試系統密封性能。超導電纜預冷過程中，溫度變化導致電纜相應部位收縮，其中纜芯形變最大，伸縮率可達0.3％，極易在電纜局部產生機械應力。目前在進行電纜敷設時，需要根據導體和絕緣材質的不同位置預置一定的偏移量(伸縮弧)，預冷過程中需要測量電纜縱、橫向偏移量，并人為調整電纜的偏移量(伸縮弧)，以避免較大機械應力的產生，從而防止由于溫度劇烈變化造成的部件熱應力、機械應力損壞。

預冷結束后，需按照相關技術標準對超導電纜進行交接試驗，包括高電壓試驗和大電流試驗；試驗合格后電纜可以投入運行。也就是說，預冷結束時，電纜導體和絕緣應處于穩定、均勻的低溫環境，整個超導電纜制冷系統達到電網的備用狀態，保證整個制冷循環管道中的液氮不產生相變。若液氮固化，將造成系統循環受阻，無法進行高效的熱交換；若液氮氣化，將在循環系統中產生兩相流，如圖1所示。造成的影響有：(1)流動阻力增大；(2)換熱效率降低(液氮對流換熱系數遠大于氮氣)；(3)絕緣強度降低(氮氣絕緣強度是液氮的1/2)；(4)兩相流將在管道中產生彈性震動，長期運行將損壞管道的機械性能。

隨著超導電纜的長度增加，其預冷時間也會相應增加，過長的預冷時間必然會影響工程的建設工期，而預冷不到位、電纜中存在氣相氮，則會危及電纜的安全運行，預冷太快還會造成應力來不及釋放、損壞電纜。因此，除了進行上述非電量(溫度、壓力、流量、液位、伸縮位移情況等)監測，還有必要對超導電纜預冷過程的電氣量進行監測，以能夠真實反映超導電纜在預冷過程的內部狀態變化，從而確保超導電纜能夠在預冷過程中實現溫度的平穩過渡，避免發生電纜損壞；確保預冷能夠徹底完成，以便超導電纜能夠安全投入運行。

發明內容