Способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока Российский патент 2018 года по МПК G01R31/00 

Область техники

Изобретение относится к области испытаний линий передачи электроэнергии и может быть применено при проведении ресурсных и других видов испытаний сверхпроводящих кабельных линий.

Уровень техники

Известен способ испытания сверхпроводящего кабеля, согласно которому испытания проводят при нормальной температуре, заполняя сверхпроводящий кабель газом вместо хладагента [RU 2358274]. Однако, такие испытания недостаточно достоверны.

Известен способ испытания высокотемпературной сверхпроводящей кабельной линии (ВТСП-кабельной линии), описанный в статье B.C. Высоцкого, В.Е. Сытникова и др. «Создание силового сверхпроводящего кабеля на базе ВТСП технологий», Ж-л «Кабели и провода» №2 (321), 2010 г., стр. 3-10.

По этому способу проводят испытания ВТСП-кабельной линии, поддерживая сверхпроводящее состояние ее жил с помощью хладагента, поступающего от системы криогенного обеспечения (СКО), подавая испытательное напряжение между жилами испытываемой ВТСП-кабельной линии и обеспечивая протекание тока нагрузки с помощью имитатора нагрузки. В указанной статье описаны испытания трехфазной ВТСП-кабельной линии переменного тока. При этом для имитации токовой нагрузки используется трехфазный токоограничивающий реактор. Для аналогичных испытаний ВТСП-кабельной линии постоянного тока, вместо имитатора реактивной нагрузки необходимо использовать имитатор активной нагрузки, способный поглощать значительную активную мощность, равную произведению значений тока и напряжения. Например, для испытания линии на напряжение 20 кВ и ток 2,5 кА потребовался бы имитатор, способный рассеивать мощность 50 мВт, а также источник питания соответствующей мощности. Примером выполнения мощного имитатора активной нагрузки может служить «Машина для испытаний под нагрузкой» по патенту РФ RU 2554604, содержащая множество мощных теплорассеивающих резисторов и обдувающих их воздушных вентиляторов.

С учетом изложенного, в качестве способа-прототипа, характеризующего предшествующий уровень техники, рассматривается решение, описанное в указанной статье с использованием мощного имитатора активной нагрузки.

К признакам способа-прототипа, совпадающим с заявляемым способом, относится поддержание сверхпроводящего состояния ВТСП-кабельной линии с помощью хладагента, поступающего от системы криогенного обеспечения, подача испытательного напряжения между жилами ВТСП-кабельной линии и имитация токовой нагрузки.

Недостаток прототипа - большие масса и габариты имитатора нагрузки и источника питания, большая потребляемая мощность и высокая стоимость испытаний.

Раскрытие существа изобретения

Предметом изобретения является способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока, заключающийся в поддержании сверхпроводящего состояния ее жил хладагентом, поступающим от системы криогенного обеспечения, подаче напряжения между жилами биполярной ВТСП-кабельной линии, и имитации токовой нагрузки, отличающийся тем, что токовую нагрузку имитируют с помощью, по меньшей мере, одного источника постоянного тока, который замыкают на одну из жил биполярной ВТСП-кабельной линии.

Использование заявленной совокупности существенных признаков, включающей указанное отличие, позволяет провести информативные и достоверные испытания ВТСП-кабельной линии постоянного тока без применения мощного имитатора полной активной нагрузки и мощного источника питания и, тем самым, получить технический результат, состоящий в сокращении и удешевлении необходимого испытательного оборудования.

Изобретение имеет развития, направленные на повышение полноты, информативности и достоверности испытаний, которые состоят в том. что:

- заземляют одну выходную клемму источника напряжения;

- замыкают источник постоянного тока на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к указанной заземленной клемме;

- замыкают дополнительный источник постоянного тока, изолированный от земли, на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к незаземленной клемме источника испытательного напряжения;

- заземляют внешнюю жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, расположенную коаксиально относительно ее внутренней жилы;

- по меньшей мере, часть ВТСП-кабельной линии испытывают в спрямленном виде;

- имитируют протекание хладагента по ВТСП-кабельной линии, длина которой превышает длину испытываемой линии, путем подогрева одного из концов испытываемой линии;

- испытываемую ВТСП-кабельную линию подключают к системе криогенного обеспечения через криостатированный хладопровод, имитирующий линию возврата хладагента от конца ВТСП-кабельной линии, удаленного от системы криостатного обеспечения;

- указанный криостатированный хладопровод выполняют в виде двух отрезков строительной длины, состыкованных соединительной муфтой;

- ВТСП-кабельную линию испытывают в виде двух отрезков ВТСП-кабеля строительной длины, состыкованных соединительной муфтой.

Осуществление изобретения с учетом его развития

На фиг. 1 показана общая схема испытаний, на фиг. 2 - электрическая схема испытаний. На фиг. 1 и 2 обозначено:

1 - первый отрезок ВТСП кабеля строительной длины, намотанный на катушечный каркас;

2 - соединительная муфта ВТСП кабеля;

3 - второй отрезок ВТСП кабеля строительной длины, испытываемый в спрямленном виде;

4 - первый отрезок строительной длины криостатированной линии возврата хладагента в систему криогенного обеспечения (СКО);

5 - второй отрезок строительной длины указанной линии возврата;

6 - СКО с охладителем 10 и насосом 11, подключенными к системе энергоснабжения испытательного полигона;

7 - муфта для соединения отрезков 4 и 5 возврата хладагента;

8 - концевая муфта (токоввод), имитирующая удаленный от СКО конец ВТСП-кабельной линии, от которого отходит линия возврата хладагента;

9 - концевая муфта (токоввод), имитирующая ближний к СКО конец ВТСП-кабельной линии;

10 - охладитель хладагента (жидкого азота) в составе СКО;

11 - насос для прокачки хладагента в составе СКО;

12 - регулируемый источник испытательного напряжения (например, 20 кВ);

13 - регулируемый источник испытательного тока (например, 2500 А);

14 - внутренняя жила ВТСП-кабельной линии;

15 - внешняя жила ВТСП-кабельной линии, расположенная коаксиально относительно внутренней жилы 14;

16 - криостатная оболочка ВТСП-кабельной линии.

Для захолаживания и поддержания сверхпроводящего состояния жил ВТСП кабельной линии под ее криостатную оболочку 16 насосом 11 закачивается хладагент, поступающий от охладителя 10. В процессе испытаний хладагент непрерывно циркулирует через муфту 9, спрямленный отрезок 3, муфту 2, отрезок 1 и через криостатированные отрезки 4 и 5, имитирующие трубопровод возврата хладагента в СКО 6 с удаленного конца ВТСП-кабельной линии.

Контроль параметров, заданных программой испытаний ВТСП-кабельной линии, должен проводиться в режиме имитации передачи полной мощности, т.е. с приложением заданного испытательного напряжения и с протеканием заданного испытательного тока нагрузки. Для этого, согласно заявляемому способу, прикладывают испытательное напряжение от источника 12 между жилами 14 и 15, а токовую нагрузку имитируют с помощью источника 13, замыкая его на жилу 15. Приведенные на фиг. 1 и 2 схемы испытаний отражают результат выполнения этих операций.

Согласно развитию изобретения одна клемма источника 12 напряжения, например, подключенная к жиле 15, может быть заземлена, как показано на чертежах. При этом источник 13 может быть замкнут на жилу 15, т.е. тоже заземлен одним выводом. В другом частном случае (не показан на чертежах) источник постоянного тока может быть полностью изолирован от земли и замкнут на жилу 14, к которой подключен незаземленный высоковольтный вывод источника 12 напряжения. Возможно также совместное использование двух (заземленного и изолированного) источников постоянного тока с имитацией протекания тока нагрузки по обеим жилам 14 и 15. Это позволяет дополнительно приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации ВТСП-кабельной линии и, тем самым, повысить достоверность испытаний.

В случае коаксиального расположения внутренней жилы 14 относительно внешней жилы 15, предпочтительно заземлять жилу 15.

Испытание, по меньшей мере, части ВТСП-кабельной линии, в спрямленном виде (а не в бухте) позволяет оценить величину тепловой деформации ВТСП-кабеля, возникающей в результате охлаждения до температуры жидкого азота (вплоть до 65 К - минимальная температура жидкого азота) и устойчивость кабеля к этой деформации. В спрямленном отрезке 3 отсутствуют сопротивления растяжению в местах перегибов и радиального сжатия кабеля, возникающие при испытании в бухте отрезка 1 кабеля.

Для имитации теплопритока от внешней среды в ВТСП-кабельную линию полной длины, превышающей суммарную длину испытываемых отрезков 1 и 3, а также теплопритока в соответствующую линию возврата хладагента, длина которой превышает суммарную длину криостатированных отрезков 4 и 5, может осуществляться подогрев (с помощью электронагревателя, не показанного на чертежах) одного из концов испытываемой линии, например конца, примыкающего к муфте 8.

Изобретение относится к области испытаний линий передачи электроэнергии и может быть применено при проведении ресурсных и других видов испытаний сверхпроводящих кабельных линий. Технический результат – расширение функциональных возможностей на основе сокращения и удешевления необходимого испытательного оборудования. Для этого способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока заключается в поддержании сверхпроводящего состояния ее жил хладагентом, поступающим от системы криогенного обеспечения, подаче напряжения между жилами биполярной ВТСП-кабельной линии и имитации токовой нагрузки. Токовую нагрузку имитируют с помощью по меньшей мере одного источника постоянного тока, который замыкают на одну из жил биполярной ВТСП-кабельной линии. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока, заключающийся в поддержании сверхпроводящего состояния ее жил хладагентом, поступающим от системы криогенного обеспечения, подаче напряжения между жилами биполярной ВТСП-кабельной линии, и имитации токовой нагрузки, отличающийся тем, что токовую нагрузку имитируют с помощью по меньшей мере одного источника постоянного тока, который замыкают на одну из жил биполярной ВТСП-кабельной линии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заземляют одну выходную клемму источника напряжения.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что замыкают источник постоянного тока на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к указанной заземленной клемме.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что замыкают дополнительный источник постоянного тока, изолированный от земли, на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к незаземленной клемме источника напряжения.

5. Способ по пп. 2, 3 или 4, в котором заземляют внешнюю жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, расположенную коаксиально относительно ее внутренней жилы.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть ВТСП-кабельной линии испытывают в спрямленном виде.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что имитируют протекание хладагента по ВТСП-кабельной линии, длина которой превышает длину испытываемой линии, путем подогрева одного из концов испытываемой линии.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испытываемую ВТСП-кабельную линию подключают к системе криогенного обеспечения через криостатированный хладопровод, имитирующий линию возврата хладагента, от конца ВТСП-кабельной линии, удаленного от системы криостатного обеспечения.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что указанный криостатированный хладопровод выполняют в виде двух отрезков строительной длины, состыкованных соединительной муфтой.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ВТСП-кабельную линию испытывают в виде двух отрезков ВТСП-кабеля строительной длины, состыкованных соединительной муфтой.