一种三相同轴式超导电缆通电导体的制作方法

本发明涉及电力输配电技术领域，尤其涉及一种三相同轴式超导电缆通电导体。

背景技术：

高温超导电缆具有线路损耗低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等诸多优点。综合考虑电力能源需求持续增长、节能减排诉求逐年增强、城市输配电走廊已趋饱和等诸多因素，能同时实现高效低损耗和大容量电力输送的超导输电技术将在未来输配电领域具有独特的竞争优势。因此，高温超导电缆在发电厂、变电站和城市中心配电等大容量输电方面将具有广阔的应用前景。

交流高温超导电缆需要三相形成一个回路，已经发展出多种构型，以适应不同的敷设条件、电压电流等级。三相分立式（单芯）、三芯式、三相同轴式等几种构型均得到了工程示范项目验证。其中，三相同轴式以其结构紧凑、节省带材用量、对外无电磁辐射等特点，称为三相交流超导电缆应用发展的一个主流方向。

三相同轴式超导电缆的基本构型是在柔性波纹管上自内向外绕制电绝缘层、a相超导体、电绝缘层、b相超导体、电绝缘层、c相超导体、电绝缘层、屏蔽层、保护层。如果使用电压等级较高，超导体层紧邻两侧还会绕制一个薄层的半导电层。上述结构组成的所谓超导电缆通电导体置于低温杜瓦管之中，通电导体的柔性骨架、通电导体和低温杜瓦管之间的半月形间隙作为制冷工质流动的通道，将超导体稳定冷却到运行温度范围内。

但是，上述结构在暂态过程，比如短路作用下，呈现出一定的不足。a相和c相由于距离制冷工质的传热距离短，可以获得良好的冷却，即使通过故障电流，热量也会很快传递到制冷工质中去。但是b相由于距离两侧的制冷工质的传热距离都很远，一旦发生b相单相短路故障，产生的热量相较于a、c两相，需要更长的时间传递到制冷工质，并且在传热过程中会将a、c相的超导体加热。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种改善通电导体热稳定性的三相同轴式超导电缆通电导体。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三相同轴式超导电缆通电导体，包括：

用于形成制冷工质流入通道的柔性骨架；

绕制在所述柔性骨架上的第一低温电绝缘层；

绕制在所述第一低温电绝缘层上的三相通电超导体；

设置在相邻两相的超导体之间并具有低温微流通道的第二低温电绝缘层；

绕制在所述三相通电超导体上的第三低温电绝缘层；

绕制在所述第三低温电绝缘层上的铜屏蔽层，以及绕制在所述铜屏蔽层上的保护和捆扎层。

进一步地，所述第二低温电绝缘层包括第一子层、第二子层以及夹在所述第一子层和第二子层之间的纤维网，所述纤维网设有所述低温微流通道。

进一步地，所述低温微流通道包括构成所述纤维网的经线和纬线，所述经线和纬线呈正交布置。

进一步地，所述经线和纬线的直径或等效直径均在1mm-2mm之间。

进一步地，所述经线和纬线的直径或等效直径不同，两者之差为0.5mm。

进一步地，所述的柔性骨架采用波纹管或螺旋制作，波纹形式是u型或者c型。

进一步地，所述第一低温电绝缘层和第三低温电绝缘层采用绝缘纸按照设定的角度和叠包率绕成，所述第一低温电绝缘层和第三低温电绝缘层两侧还绕有半导电纸。

进一步地，所述三相通电超导体由多层超导带或超导线按照设定的绕角和节距绕成。

进一步地，所述铜屏蔽层单端或者两端接地，形成法拉第笼。

进一步地，在所述保护和捆扎层外侧形成外流通道。

本发明实施例的有益效果在于：通过在三相通电超导体的中间相两侧引入微流通道结构，一方面缩短了中间相对制冷工质的传热距离，提高了通电导体的热稳定性；另一方面，在稳态条件下能降低中间相超导体的环境温度，进而提高其载流能力；在暂态过程，特别是中间相通过短路电流时，中间相导体失超发热，该热量可以通过两侧的微流通道散热，部分热量可以沿轴向传递，中间相的热稳定性得到很大的改善。此外，由于径向的导热量降低，也改善了相邻两相的热稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种三相同轴式超导电缆通电导体的截面结构示意图。

图2是本发明实施例中带有微流通道的低温电绝缘层的结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

请同时参照图1所示，本发明实施例提供一种三相同轴式超导电缆通电导体，包括：

用于形成制冷工质流入通道1的柔性骨架2；

绕制在所述柔性骨架2上的第一低温电绝缘层6；

绕制在所述第一低温电绝缘层6上的三相通电超导体3；

设置在相邻两相的超导体之间并具有低温微流通道8的第二低温电绝缘层7；

绕制在所述三相通电超导体3的第三低温电绝缘层9；

绕制在所述第三低温电绝缘层9上的铜屏蔽层4，以及绕制在所述铜屏蔽层4上的保护和捆扎层5。

具体地，柔性骨架2采用波纹管或螺旋制作，材料可以是不锈钢或者铜，波纹形式可以是u型或者c型。柔性骨架2提供了制冷工质通道1，一般作为制冷工质流入的通道。

第一低温电绝缘层6和第三低温电绝缘层9采用低温下具有良好电绝缘性能且机械性能良好的绝缘纸按照设定的角度和叠包率绕成。第一低温电绝缘层6和第三低温电绝缘层9的两侧都要绕半导电纸，半导电纸用于平滑超导体材料表面的不光滑而可能引起的电场畸变。

三相通电导体3采用高温超导材料制作，包括但不限于铋锶钙铜氧化物、钇钡铜氧化物、铁基高温超导体、二硼化镁超导体等为基础的超导带或超导线，用于传输电流。一般是由多层超导带或超导线按照一定的绕角和节距绕成。铜屏蔽层4绕置于最外层超导体的绝缘之外，单端或者两端接地，形成法拉第笼，屏蔽超导电缆对外的电场，同时还能在三相电流不平衡的情况下产生感应电流，屏蔽对外的磁场。在保护和捆扎层5外侧形成外流通道10。

在相邻两相的超导体之间（a相与b相之间、b相与c相之间）设置第二低温电绝缘层7，即相当于在中间相（即b相）内外两侧分别设置第二低温电绝缘层7。再如图2所示，带有微流通道的8的第二低温电绝缘层7是在第一低温电绝缘层6或第三低温电绝缘层9的基础上分为两部分——第一子层71和第二子层72，并在第一子层71和第二子层72之间添加一层纤维网，纤维网设有制冷工质的低温微流通道8。具体地，低温微流通道8包括构成纤维网的经线81和纬线82，经线81和纬线82呈正交布置，经线81和纬线82的直径（或为非正圆截面，则为等效直径，下同）均在1mm-2mm之间，但经线81和纬线82的直径不同，两者直径差δ≈0.5mm，这样既保证纤维网的整体结构连接强度，也保证微流通道的畅通性。纤维网作为机械支撑，在第二低温电绝缘层7的两个绝缘层（第一子层71和第二子层72）之间形成了一薄层空间，该空间与外流空间连通，当外流空间充入低温制冷工质之后，薄层空间内也会填充低温制冷工质。这样，三相通电导体3的中间相的两侧都有制冷工质存在，超导体的温度相比没有微流通道结构的略有下降。微流通道结构一方面缩短了b相对制冷工质的传热距离，提高了通电导体的热稳定性；另一方面，在稳态条件下能降低b相超导体的环境温度，进而提高其载流能力。在暂态过程，特别是中间相通过短路电流时，中间相导体失超发热，该热量可以通过两侧的微流通道8散热，部分热量可以沿轴向传递，中间相的热稳定性得到很大的改善。另一方面，由于径向的导热量降低，也改善了相邻两相的热稳定性。同时，微流管道8由于管道狭窄，制冷工质流体的粘性力占优，并不会形成宏观的流动，不会复杂化制冷系统的计算和评估。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。