一種雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的多段連接裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的多段連接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫超導(dǎo)電纜區(qū)別于常規(guī)電纜之處在于通電導(dǎo)體的不同，常規(guī)電纜的通電導(dǎo)體為傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料，如銅、鋁等，而高溫超導(dǎo)電纜的通電導(dǎo)體為零電阻、大載流密度的高溫超導(dǎo)材料。相比常規(guī)電纜，高溫超導(dǎo)電纜具有低損耗、傳輸容量大、電磁污染小等優(yōu)點(diǎn)。由于高溫超導(dǎo)材料可以在低廉的液氮環(huán)境中達(dá)工作，因此高溫超導(dǎo)電纜具有工業(yè)應(yīng)用的可行性。限于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線長(zhǎng)度、生產(chǎn)能力、運(yùn)輸能力的限制，單根超導(dǎo)電纜長(zhǎng)度有限(當(dāng)前水平為單根電纜長(zhǎng)度短于500米)，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸電，需要將多段超導(dǎo)電纜連接起來(lái)使用。雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的高溫超導(dǎo)材料通電導(dǎo)體、低溫工作環(huán)境絕熱保護(hù)模塊和電場(chǎng)磁場(chǎng)保護(hù)模塊是高溫超導(dǎo)電纜的三個(gè)重要組成部分，分別實(shí)現(xiàn)大容量電流傳輸、內(nèi)部低溫工作環(huán)境保護(hù)和外部電場(chǎng)磁場(chǎng)環(huán)境保護(hù)的功能。超導(dǎo)電纜的多段連接主要是以上三大模塊的分別連接。
[0003]雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜本體段的電流通道由高溫超導(dǎo)帶材、銅支撐管、絕緣薄膜覆蓋層等部分組成。在雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的本體段，將超導(dǎo)帶材以O(shè)?45°某一螺旋角度繞包在銅支撐管上，作為電流內(nèi)通道，在超導(dǎo)帶材外表面繞包恰當(dāng)厚度的絕緣薄膜構(gòu)成絕緣薄膜覆蓋層，確保該電流通道與其他電流通道的隔絕。在電流內(nèi)通道的絕緣層外繞包超導(dǎo)帶材作為電流外通道，電流外通道的超導(dǎo)帶材外表面也同樣繞包絕緣薄膜以確保該電流通道與其他電流通道的隔絕。在雙電流通道超導(dǎo)電纜的端部，不同通道的超導(dǎo)帶材通過(guò)焊接方式與對(duì)應(yīng)該通道的銅端子連接。
[0004]雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜本體段的絕熱模塊由內(nèi)層不銹鋼波紋管、低輻射材料涂層、真空層、外層不銹鋼波紋管組成。低溫保護(hù)模塊隔斷外部的熱環(huán)境和電纜內(nèi)部的冷環(huán)境，盡可能降低電纜內(nèi)外的熱量交換，減少冷卻液的消耗，降低電纜系統(tǒng)總體能耗。
[0005]雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜本體段的電磁場(chǎng)模塊由內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層、外半導(dǎo)電層和電磁屏蔽層等組成。電場(chǎng)磁場(chǎng)保護(hù)模塊防止電纜內(nèi)部電場(chǎng)磁場(chǎng)與外部電場(chǎng)磁場(chǎng)的相互作用，保障電纜的獨(dú)立的電場(chǎng)磁場(chǎng)環(huán)境和安全運(yùn)行。
[0006]高溫超導(dǎo)電纜目前還沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸電，因此涉及多段高溫超導(dǎo)電纜的連接問(wèn)題，尤其是雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的連接問(wèn)題還較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決高溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸電需要克服的多段連接問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的多段連接裝置，由內(nèi)到外依次包括:通電導(dǎo)體的連接部分、絕熱保護(hù)模塊的連接部分、電磁場(chǎng)保護(hù)模塊的連接部分；
[0008]其中，通電導(dǎo)體的連接部分分為螺栓壓接連接或者超導(dǎo)筒連接這兩種形式；螺栓壓接連接部分包括:內(nèi)/外電流通道、內(nèi)/外電流通道導(dǎo)電銅端子、內(nèi)/外電流通道中間段通電導(dǎo)體、內(nèi)/外電流通道電場(chǎng)屏蔽筒，其中連接內(nèi)/外電流通道的中間段通電導(dǎo)體分別通過(guò)螺栓連接結(jié)構(gòu)與內(nèi)/外電流通道導(dǎo)電銅端子壓接在一起，并分別在內(nèi)/外電流通道的中間連接段外安裝內(nèi)/外電流通道電場(chǎng)屏蔽筒；超導(dǎo)筒連接部件包括:支撐管、超導(dǎo)帶、超導(dǎo)筒連接方式銅端子，連接內(nèi)外電流通道的中間段通電導(dǎo)體為超導(dǎo)筒，超導(dǎo)帶材貼附在支撐管外表面，超導(dǎo)筒通過(guò)支撐管與銅端子實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的連接，再通過(guò)將超導(dǎo)筒上的超導(dǎo)帶與銅端子焊接，實(shí)現(xiàn)電流通道的連接；
[0009]絕熱保護(hù)模塊的連接部分包括:標(biāo)準(zhǔn)法蘭、電纜本體段雙層波紋管、中間段絕熱模塊雙層波紋管、中間段絕熱模塊絕熱層、特殊法蘭、端部擴(kuò)張段；其中，電纜本體段雙層波紋管及其夾層材料與端部擴(kuò)張段連接，端部擴(kuò)張段通過(guò)特殊法蘭與中間段絕熱模塊連接，中間段絕熱模塊包括中間段絕熱模塊雙層波紋管和中間段絕熱模塊絕熱層；兩段中間段絕熱模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接；所述特殊法蘭分為一對(duì)配套法蘭，其中一個(gè)法蘭開(kāi)有通孔，另一個(gè)法蘭開(kāi)有盲螺紋孔，兩個(gè)法蘭之間的邊沿裝有壓邊圈，通過(guò)壓緊螺栓固定；
[0010]電磁場(chǎng)保護(hù)模塊的連接部分包括:內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層、外半導(dǎo)電層、電磁屏蔽層，各層物質(zhì)采用臺(tái)階坡口結(jié)構(gòu)，將電纜本體段的電磁保護(hù)模塊各層物質(zhì)與中間段的電磁保護(hù)模塊各層物質(zhì)搭接在一起，再通過(guò)內(nèi)部支撐，外部施壓的方式，將各層物質(zhì)緊密壓接在一起，實(shí)現(xiàn)各層物質(zhì)方便快捷的連接。
[0011]所述通電導(dǎo)體的連接采用螺栓壓接的連接方式時(shí)，中間通電導(dǎo)體為常規(guī)導(dǎo)體，中間通電導(dǎo)體和銅端子上加工有螺栓連接結(jié)構(gòu)，常規(guī)導(dǎo)體的材料為紫銅，或者銀，或者鋁、或者是以上述三種材料為主體的合金材料。
[0012]所述通電導(dǎo)體的連接采用超導(dǎo)筒的連接方式時(shí)，超導(dǎo)帶的材料為鉍系高溫超導(dǎo)材料或釔系高溫超導(dǎo)材料，支撐管上加工有螺紋結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)螺紋或外螺紋，支撐管的材料包括銅、鋁、鋼；超導(dǎo)筒的超導(dǎo)帶的數(shù)量不少于電纜本體段電流通道繞包的超導(dǎo)帶數(shù)量。
[0013]所述絕熱保護(hù)模塊為雙層帶真空的波紋管結(jié)構(gòu)，由機(jī)械泵直接抽真空、或者由機(jī)械泵加分子泵聯(lián)合抽真空，真空度范圍達(dá)10_3Pa - 10Pa，內(nèi)外層間距Imm -1OOmm ;內(nèi)外層波紋管中還填充有超級(jí)絕熱材料層，該層厚度根據(jù)實(shí)際隔熱需求能在2mm - 80mm之間調(diào)整，能進(jìn)一步降低輻射換熱和稀薄氣體分子的對(duì)流換熱。
[0014]所述標(biāo)準(zhǔn)法蘭為CF法蘭或KF法蘭。
[0015]所述中間段絕熱模塊絕熱層為真空層，或者為超級(jí)絕熱材料，或者為室溫?zé)釋?dǎo)率不大于10W/(m.K)的材料，或者是以上幾種材料的組合。
[0016]所述電磁場(chǎng)保護(hù)模塊的各層物質(zhì)加工為臺(tái)階坡口形狀，每層物質(zhì)為一個(gè)臺(tái)階，中間連接段的電磁保護(hù)模塊各層物質(zhì)加工為倒臺(tái)階坡口形狀，通過(guò)臺(tái)階進(jìn)行對(duì)應(yīng)物質(zhì)的搭接，并在內(nèi)層用剛性支撐環(huán)支撐，最外層表面用卡箍環(huán)向收緊，徑向施壓，使得各層物質(zhì)緊密壓接；或者電磁保護(hù)模塊的各層物質(zhì)形成倒臺(tái)階坡口形狀，中間連接段的電磁保護(hù)模塊各層物質(zhì)形成臺(tái)階坡口形狀。
[0017]所述端部擴(kuò)張段由內(nèi)外兩層喇叭狀金屬管及端板、中間絕熱材料、端部連接管組成，外表面噴涂低輻射材料，即輻射率低于0.05的材料；端部擴(kuò)張段與電纜本體段的的雙層波紋管對(duì)接，通過(guò)焊接或壓接或粘接方式連接。
[0018]所述高溫超導(dǎo)電纜的超導(dǎo)材料是B1-2223/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材，或者是B1-2212/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材，或者是Y-Ba-Cu-O高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體。
[0019]所述高溫超導(dǎo)電纜的冷卻采用過(guò)冷液氮浸泡冷卻，內(nèi)外電流通道的超導(dǎo)體都浸泡在液氮的環(huán)境中，工作溫度為50K - 100K。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021](I)提出兩種通電導(dǎo)體的連接方案，螺栓壓接的方案可實(shí)現(xiàn)通電導(dǎo)體方便快捷的連接，超導(dǎo)筒焊接的方案可實(shí)現(xiàn)低阻連接。
[0022](2)提出的絕熱模塊連接方式，采用分段結(jié)構(gòu)，各段之間的連接采用成熟的法蘭連接方式，方便可靠。
[0023](3)提出的電磁場(chǎng)模塊通過(guò)先搭后壓的連接方式，可以避免各層材料分別焊接的復(fù)雜工藝，降低連接的成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜的通電導(dǎo)體螺栓壓接方式的連接示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明采用通電導(dǎo)體螺栓壓接連接方式示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體超導(dǎo)筒連接方式示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜絕熱模塊的連接方式示意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜電磁場(chǎng)模塊的連接方式示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明雙電流通道高溫超導(dǎo)電纜絕熱模塊連接段特殊法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中標(biāo)號(hào):
[0031]1-內(nèi)電流通道；2-外電流通道；3-外電流通道導(dǎo)電銅端子；4-內(nèi)電流通道導(dǎo)電銅端子；5_標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接結(jié)構(gòu)；6_內(nèi)電流通道中間段通電導(dǎo)體；7_內(nèi)電流通道電場(chǎng)屏蔽筒；8-外電流通道中間段通電導(dǎo)體；9_外電流通道電場(chǎng)屏蔽筒；10_中間段絕熱模塊雙層波紋管；11-中間段絕熱模塊絕熱層；12_電磁場(chǎng)模塊；13_特殊法蘭A ；14-特殊法蘭B ;15_端部擴(kuò)張段；16-支撐管；17-超導(dǎo)帶；18-超導(dǎo)筒連接方式銅端子；19-焊接點(diǎn)；20_壓邊圈；21-壓接螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例一
[0034]本發(fā)明的連接技術(shù)的連接分為三個(gè)部分進(jìn)行:通電導(dǎo)體的連接、絕熱保護(hù)模塊的連接和電磁場(chǎng)模塊的連接，順序是由內(nèi)而外，如圖1所示。
[0035]本實(shí)施例中的通電導(dǎo)體的連接采用螺栓壓接的方式，請(qǐng)參見(jiàn)圖2。
[0036]超導(dǎo)電纜本體段的內(nèi)電流通道I和外電流通道2導(dǎo)電材料為高溫超導(dǎo)材料，可以采用Bi系帶材，也可以是Yi系帶材，內(nèi)電流通道I的超導(dǎo)帶繞包在筒支撐管上，外電流通道2繞包在內(nèi)電流通道I外表面包覆的絕緣層上。兩個(gè)通道在徑向上的分布非?？拷?，不便于中間段的連接。為實(shí)現(xiàn)方便快捷的連接，通過(guò)局部圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，將內(nèi)外電流通道的徑向距離增加，在連接前，將內(nèi)外電流通道的超導(dǎo)帶分別焊接在內(nèi)電流通道導(dǎo)電銅端子4和外電流通道導(dǎo)電銅端子3上。內(nèi)外電流通道的導(dǎo)電銅端子都采用同軸的布置方式，外電流通道銅端子嵌套在內(nèi)電流通道銅端子上，軸向錯(cuò)開(kāi)，徑向間隙填充絕緣材料，隔開(kāi)內(nèi)外電流通道。
[0037]內(nèi)電流通道導(dǎo)電銅端子4導(dǎo)電平面上加工螺紋孔或螺柱，外電流通道導(dǎo)電銅端子3上加工導(dǎo)電平面。進(jìn)行通電導(dǎo)體連接時(shí)，將內(nèi)電流通道導(dǎo)電銅端子4對(duì)齊，再將內(nèi)電流通道中間段通電導(dǎo)體6通過(guò)螺栓壓接在內(nèi)電流通道導(dǎo)電銅端子4導(dǎo)電表面