高温超导电缆失超磁检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高温超导电缆失超磁检测系统以及方法，包括磁场测量器件和多根高温超导带材，其中：多根高温超导带材并联共绕，形成高温超导电缆；多根高温超导带材中通有电流；当其中一根高温超导带材失超时，其余的高温超导带材重新分配电流；所述磁场测量器件设置在高温超导电缆的内部和/或外部；所述磁场测量器件设置有一个或者多个。本发明专利技术结构简单、操作方便且成本较低；相比于现有的电压检测法和温度检测法，本发明专利技术可以在失超发生的早期，更快的检测到失超的发生。更快的检测到失超的发生。更快的检测到失超的发生。

【技术实现步骤摘要】
高温超导电缆失超磁检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及超导带材领域，具体地，涉及一种高温超导电缆失超磁检测系统及方法。

技术介绍

[0002]二代高温超导带材是利用真空镀膜技术，通过多层叠压封装的方法生产出的一种涂层超导体。超导带材的厚度一般为50～300微米，宽度一般为4～12毫米，其典型结构如下图1所示：超导层的厚度通常为1～3微米，通过真空镀膜技术镀在厚约50微米的基带上。因此，二代高温超导带材是一种有着超高纵宽比的带状结构。单根高温超导带材的载流能力是有限的，工程应用中为了产生更大的载流能力，往往需要将多跟超导带材并在一起做成集束导线，这个被称为超导电缆。目前，根据空间结构的不同，基于二代高温超导带材的超导电缆分为三类：CORC电缆，Roebel电缆，TSTC电缆。三种不同超导电缆的主要不同在于空间几何结构，与之相对应的生产绕制工艺也会有所不同。
[0003]CORC复合导体(Conductor on round core)是由van der Laan于2009年首次提出，结构是将REBCO带材以螺旋缠绕的方式绕制在柔性圆芯上，其结构如下图2所示。Roebel线缆结构由Ludwig Roebel于1912年提出，其首先对单根高温超导带材进行切割，然后将多根进行换位纽绞编织在一起。2011年，美国麻省理工学院(MIT)的Takayasu M提出了一种基于为超导带堆叠后再扭曲的复合导体，将其命名为TSTC(Twisted Stacked-Tape Cables)复合导体。结构为将多根超导带堆叠形成一个单元，堆叠带的顶部和底部使用铜带作为支撑，增加其机械稳定性，而后进行纽绞，纽绞后外层可覆盖保护套作为保护，保护套和带材之间使用胶水、树脂等进行填充。
[0004]为了获得更高的载流量，工程中也会在这三种结构的高温超导电缆的基础上，进一步的将多跟高温超导电缆并绕在一起，形成二级缆线。在本专利技术中将这三种类型的高温超导电缆，一级以此为基础衍生出来的二级，和更多级的缆线统称为高温超导电缆。而本专利技术的应用对象，面向如上所有类型的高温超导电缆。
[0005]目前，在高温超导的科学研究和工业生产中，带材的“失超保护”是最大的技术挑战之一。超导体只有在超导态下才会保持零电阻特性，当超导体的温度、磁场、电流任何一个参数超过其临界值时，超导体都会突然失去超导特性，从超导态进入有阻正常态，这个被称为失超。诱发失超的因素很多，各种形式的电-磁-热-力扰动、超导带材的性能退化和其他未知偶然因素都会诱发失超。失超发生时，高温超导体的电阻急剧升高，瞬间产生大量的焦耳热，导致失超区域温度快速升高，从而加深失超的发展，并促使失超向周围空间传播。因此，失超传播是一个复杂的、快速的(毫秒级)电磁热多物理场耦合的发展过程，一旦发生，往往是一个快速的不可逆的正反馈过程。如果不及时制止并实施有效的保护，会烧坏超导体。因此必须采取相应的保护措施。高温超导电缆失超保护的核心技术分为两个方面：失超检测和失超保护。前者为通过技术手段检测到失超的发生，越能在失超的早期检测到失超，保护系统动作后的效果越好；后者为在判定失超发生后，采取相应的措施抑制失超的传
播和深化，避免带材发生不可逆的损毁。
[0006]在失超发生的早期，及时准确的检测到失超的发生，是高温超导失超保护成败的关键。传统的失超检测方法主要两种：温度检测法和电压检测法。电压检测法是对导体两端的电压进行检测，一旦发生局部失超，会在超导体两端产生电压升信号，从而检测失超。这个方法主要适用于低温超导体，因为低温超导体的失超传播速度很快，一旦发生局部失超，能在很短的时间形成较长的失超区域，从而在导体两端形成比较明显的足以被有效测量的电压升高信号。但二代高温超导体的失超传播速度比低温超导低两个数量级，无法在失超发生的早起形成比较明显的电压升高信号，当在导体两端检测到明显的电压升高信号后，部分失超的部位已经发生了不可恢复的损伤。对于高温超导电缆以及由其绕制的线圈磁体来说，接头电阻和不同带材之间的分流使得失超电压的检测变得更为困难。温度检测法，指的是通过测量导体的温升来检测失超的发生。对于温度的测量，传统的方法多采用热电偶和测温光纤的方式。但这两种方法的主要问题是，如果失超发生的起始位置不是温度测量点，就很难及时的发现失超。如果预埋测温点太多，又会是的超导电缆的工艺复杂度和难度急剧增加。此外还有声波检测，基于的应力检测方法等，这些方法目前都还不是很成熟，尚在科研中。
[0007]对于二代高温超导电缆来说，多根带材的并联伴随着分流的问题:当失超发生时，失超点的电阻升高，导致所在带材上电流会通过带材间的接触和接头连接被
‘
挤压
’
到其他带材，从而实现电流在不同带材上的重新分配。电流的重新分配必然会导致电缆周围空间感应磁场的变化。本专利技术即基于此原理，在电缆的内部和外部空间布置磁场测量器件，通过测量超温超导电缆周围和内部空间磁场的变化来检测电缆失超的发生。该专利技术与此前的失超检测方法都不相同。
[0008]经过检索发现，当前对高温超导失超检测方法的专利和研究不多。尚未发现用磁测法对高温超导电缆进行失超检测的研究。部分相关专利内容如下：
[0009]专利文献为CN201910299493.6的专利技术专利公开了一种高温超导输电线路失超判别、切换控制方法和装置。方法包括：采集运行中的高温超导电缆的三相屏蔽层电流、导体层电流以及电缆制冷系统状态数据；获取高温超导电缆任意两相之间的相间距；计算高温超导电缆的三相屏蔽层电阻，以判断是否发生三相线路短路故障下的屏蔽层失超；根据采集到的电缆制冷系统状态数据判断是否出现超导电缆制冷系统故障；当发生屏蔽层失超或超导电缆制冷系统故障，输出跳闸指令以切除超导线路转由备用线路供电。本专利技术综合运用了基于电气量和非电气量的超导线缆失超检测方法，可对系统短路电流引起的电缆失超或冷却系统故障实现在线监测判别，可提高超导线缆失超检测的可靠性和准确性。
[0010]本专利技术与该方案完全不同：本专利技术是通过测量高温超导电缆周围的磁场变化的方法来检测失超的发生。而该方案则是通过
‘
采集运行中的高温超导电缆的三相屏蔽层电流、导体层电流以及电缆制冷系统状态数据
’
来检测判断失超的发生。
[0011]专利文献为CN201910887524.X的专利技术专利公开了一种检测超导电缆的失超的方法和系统，所述方法和系统通过采集超导电缆超导传输和屏蔽层的电流波形，计算多个连续检测时长内两个波形的Hausdorff距离瞬时值，并通过计算所述多个Hausdorff距离瞬时值的Hausdorff距离平均值，将所述Hausdorff距离平均值与整定的失超检测门槛值进行比较来判断超导电缆的失超检测状态。本专利技术所述的检测超导电缆的失超的方法和系统采用
电气量判断超导电缆的失超，具有较高的灵敏度，能迅速判断超导电缆失超的发生，同时，所述方法和系统不需要另外安装特殊的电气量采集装置，结构简单，成本低。
[0012]本专利技术与该方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温超导电缆失超磁检测系统，其特征在于，包括磁场测量器件和多根高温超导带材，其中：多根高温超导带材并联共绕，形成高温超导电缆；所述磁场测量器件设置在高温超导电缆的内部和/或外部；所述磁场测量器件设置有一个或者多个；在高温超导电缆通电的状态下，根据高温超导电缆周围空间磁场的变化判断是否失超。2.根据权利要求1所述的高温超导电缆失超磁检测系统，其特征在于，所述多个磁场测量器件分布在高温超导电缆的周围空间。3.根据权利要求1所述的高温超导电缆失超磁检测系统，其特征在于，所述磁场测量器件的延伸方向和高温超导电缆的轴向方向相同。4.根据权利要求1所述的高温超导电缆失超磁检测系统，其特征在于，所述高温超导电缆包括CORC电缆、TSTC电缆或者ROBEL电缆。5.根据权利要求1所述的高温超导电缆失超磁检测系统，其特征在于，当其中一根高温超导带材失超时，该高温超导带材的载流下降，其余高温超导带材的载流增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚伟，金之俭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：