一种适用于海底输电的超导电缆系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，包括外管(1)、制冷工质回流管道(2)、超导电缆本体(3)、磁场控制单元(4)、测控线路管道(5)、中空腔(6)。实现效果：1、将超导直流电缆的两极紧凑的布置于同一个管道容器之内，降低了两极超导电缆的磁场互作用影响，提高了超导电缆的经济性；2、仅外管道设计为具有较高的压力耐受、耐腐蚀功能，超导电缆本体等功能单元无需特别机械防护，降低了系统设计难度和费用成本；3、将测控信号、制冷工质回流管道等集成于同一个管道中，提高了系统集成度，降低了系统敷设安装难度。降低了系统敷设安装难度。降低了系统敷设安装难度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于海底输电的超导电缆系统


[0001]本专利技术涉及一种超导电缆领域，具体涉及一种适用于海底输电的超导电缆系统。

技术介绍

[0002]随着海上风电的大规模开发，特别是近年来远海风电的快速发展，风场容量大幅度提升，即使采用500kV直流海缆，输送能力也已经捉襟见肘。
[0003]超导电缆是利用超导材料零电阻特性和高载流密度特点发展出来的一种新型大容量输电装置，相比于常规电缆，在同等截面下输送能力提高10倍左右，传输损耗降低1/4～1/2，在大容量电能传输领域，具有显著的技术优势，是解决大规模海上风电外送的最具潜力的解决方案。
[0004]但如何设计紧凑式、高可靠、经济性较高的超导电缆结构，正成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种适用于海底输电的超导电缆系统，用于解决以上问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种适用于海底输电的超导电缆系统，包括外管(1)、制冷工质回流管道(2)、超导电缆本体(3)、磁场控制单元(4)、测控线路管道(5)、中空腔(6)；其中，功能单元包括制冷工质回流管道(2)、超导电缆本体(3)、磁场控制单元(4)、测控线路管道(5)；其中，外管(1)由不锈钢制成，用于容纳并保护功能单元；制冷工质回流管道(2)用于配合超导电缆本体(3)的制冷工质通道，形成闭合的冷却循环回路；超导电缆本体(3)包括两极，用于组成直流输电一个完整回路；磁场控制单元(4)用于实现超导电缆本体(3)两极之间的磁场互作用，磁场控制单元(4)采用软铁材料；测控线路管道(5)用于安装超导电缆系统的物理量测量和控制信号线；中空腔(6)是功能单元安装后与外管(1)之间形成的空隙。
[0008]优选地，磁场控制单元(4)将超导电缆本体(3)机械隔离。
[0009]优选地，磁场控制单元(4)将超导电缆本体(3)包覆。
[0010]优选地，中空腔(6)内真空度保持在10Pa以下。
[0011]优选地，超导电缆本体(3)包括低温杜瓦管(31)、超导电缆芯(32)和中空腔(33)。
[0012]优选地，低温杜瓦管(31)是由双层不锈钢管或双层铝合金波纹管组成的中空管道，其中空管道内缠绕多层绝热材料并抽真空，形成超级绝热结构；中空腔(33)是超导电缆芯(32)和低温杜瓦管(31)之间形成的空腔，用于通过制冷工质，形成对超导电缆芯(32)的冷却，以使超导材料进入超导态。
[0013]优选地，超导电缆芯(32)包括支撑骨架(321)、超导层(322)、低温绝缘层(323)、半导电层(324)、保护层(325)；其中，功能层包块支撑骨架(321)、超导层(322)、低温绝缘层(323)，功能层各层共同组成了同轴结构。
[0014]优选地，超导电缆芯的支撑骨架(321)采用柔性波纹管，或者铜束；超导层(322)采
用高温超导材料通过一定结构并联形成；低温绝缘层(323)选用低温下具有良好绝缘性能和机械性能的薄膜类材料；半导电层(324)位于超导层(322)和绝缘层(323)之间，用于平滑因超导材料不平整引起的尖端电场；保护层(325)位于低温绝缘层(323)外，用于对超导电缆芯体形成机械防护，并起到对电缆芯的捆扎作用。
[0015]优选地，超导电缆芯的支撑骨架(321)的柔性波纹管由不锈钢或铝合金的一种制成，铜束由铜丝或铜型线的一种制成；超导层(322)的高温超导材料为MgB2线材、YBCO带材、BSCCO
‑
2223带材、BSCCO
‑
2212线材一种或几种；低温绝缘层(323)的薄膜类材料为聚丙烯层压纸、电工牛皮纸的一种或几种。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1、本专利技术提供一种适用于海底输电的超导电缆系统，将超导直流电缆的两极紧凑的布置于同一个管道容器之内，降低了两极超导电缆的磁场互作用影响，提高了超导电缆的经济性。
[0018]2、仅外管道设计为具有较高的压力耐受、耐腐蚀功能，超导电缆本体等功能单元无需特别机械防护，降低了系统设计难度和费用成本。
[0019]3、将测控信号、制冷工质回流管道等集成于同一个管道中，提高了系统集成度，降低了系统敷设安装难度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的一种适用于海底输电的超导电缆系统在风电汇集系统结构剖面示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的一种适用于海底输电的超导电缆系统中的超导电缆本体示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例提供的一种适用于海底输电的超导电缆系统中的低温恒温器的总体结构图；
[0023]图4为本专利技术实施例提供的一种适用于海底输电的超导电缆系统中的磁场控制单元效果前后对比示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例提供的一种适用于海底输电的超导电缆系统中的磁场控制单元和超导电缆本体关系示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，本专利技术的实施方式不限于此。
[0026]如图1所示，一种适用于海底输电的超导电缆系统，包括外管1、制冷工质回流管道2、超导电缆本体3、磁场控制单元4、测控线路管道5、中空腔6；其中，功能单元包括制冷工质回流管道2、超导电缆本体3、磁场控制单元4、测控线路管道5。
[0027]外管1由不锈钢制成，用于容纳并保护功能单元。
[0028]制冷工质回流管道2用于配合超导电缆本体3的制冷工质通道，形成闭合的冷却循环回路。
[0029]超导电缆本体3包括两极，用于组成直流输电一个完整回路。
[0030]磁场控制单元4用于实现超导电缆本体3两极之间的磁场互作用，磁场控制单元4采用软铁材料。
[0031]测控线路管道5用于安装超导电缆系统的物理量测量和控制信号线。
[0032]中空腔6是功能单元安装后与外管1之间形成的空隙。
[0033]为降低超导电缆低温系统的热负荷，中空腔6内真空度保持在10Pa以下。
[0034]如图2所示，超导电缆本体3包括低温杜瓦管31、超导电缆芯32和中空腔33。
[0035]低温杜瓦管31是由双层不锈钢管或双层铝合金波纹管组成的中空管道，其中空管道内缠绕多层绝热材料并抽真空，形成超级绝热结构；中空腔33是超导电缆芯32和低温杜瓦管31之间形成的空腔，用于通过制冷工质，形成对超导电缆芯32的冷却，以使超导材料进入超导态。
[0036]如图3所示，超导电缆芯32包括支撑骨架321、超导层322、低温绝缘层323、半导电层324、保护层325；其中，功能层包块支撑骨架321、超导层322、低温绝缘层323，功能层各层共同组成了同轴结构。
[0037]超导电缆芯的支撑骨架321采用柔性波纹管，或者铜束；超导层322采用高温超导材料通过一定结构并联形成；低温绝缘层323选用低温下具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，包括外管(1)、制冷工质回流管道(2)、超导电缆本体(3)、磁场控制单元(4)、测控线路管道(5)、中空腔(6)；其中，功能单元包括制冷工质回流管道(2)、超导电缆本体(3)、磁场控制单元(4)、测控线路管道(5)；其中，外管(1)由不锈钢制成，用于容纳并保护功能单元；制冷工质回流管道(2)用于配合超导电缆本体(3)的制冷工质通道，形成闭合的冷却循环回路；超导电缆本体(3)包括两极，用于组成直流输电一个完整回路；磁场控制单元(4)用于实现超导电缆本体(3)两极之间的磁场互作用，磁场控制单元(4)采用软铁材料；测控线路管道(5)用于安装超导电缆系统的物理量测量和控制信号线；中空腔(6)是功能单元安装后与外管(1)之间形成的空隙。2.根据权利要求1所述的一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，磁场控制单元(4)将超导电缆本体(3)机械隔离。3.根据权利要求1所述的一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，磁场控制单元(4)将超导电缆本体(3)包覆。4.根据权利要求1所述的一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，中空腔(6)内真空度保持在10Pa以下。5.根据权利要求1所述的一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，超导电缆本体(3)包括低温杜瓦管(31)、超导电缆芯(32)和中空腔(33)。6.根据权利要求5所述的一种适用于海底输电的超导电缆系统，其特征在于，低温杜瓦管(31)是由双层不锈钢管或双层铝合金波纹管组成的中空管道，其中空管道内缠绕多层绝热材料并抽真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邦柱，马韬，戴少涛，胡磊，王琛琛，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：